無線電能傳輸系統的電磁兼容研究展望

近十年，國內外學者已在無線電能傳輸（WPT）系統的電磁兼容領域取得了許多進展性的研究成果，但仍存在進步的空間。作者從機理分析、介質影響、自由無線電能傳輸技術（Ubiquitous IPT, U-IPT）系統和動態WPT系統的電磁兼容性的方面進行未來展望。

1 機理分析

目前學者對WPT電磁兼容機理的研究都是基於諧振狀態下的，且通常收發兩側的線圈需完全對準。

實際應用過程中，由於環境因素、負載變動、線圈偏移或線圈過耦合等因素都會導致WPT系統脫離原有預期的工作狀態。

以線圈偏移為例，當磁耦合線圈發生橫向偏移時，其將造成電磁場的嚴重畸變，這會使得某些位置處的電磁幹擾明顯加強。而環境因素等導致的線圈自感係數發生變化也會使得WPT系統偏離原有的諧振狀態，使得電磁場的分布與共振狀態存在差異。

除此之外，感應式和諧振式WPT系統的電磁場環境也存在著電磁機理的不同[65]，近場區與遠場區的電磁場作用機理也需要研究者繼續進行進一步的理論研究。

2 介質影響

環境介質影響是WPT技術在實際應用中必須考慮的問題之一，目前學者較多集中在對金屬介質和水介質的研究，其中金屬介質已經擁有較為豐碩的理論成果，但針對水介質特別是在海水環境下的相關文獻則較為稀少。

海水環境由於同時存在渦流損耗、屏蔽折射等現象，其相應的電磁場分析相比金屬介質和淡水介質顯得更為複雜；同時海水的擾動、含鹽量、溫度等也會進一步劣化WPT系統的電磁場分布，使得電磁輻射現象更為嚴重。探究環境介質的影響機理可以推進WPT應用更好地適應多變的環境因素。

3 U-IPT系統的電磁兼容性

現階段商業化的WPT產品以一對一充電為主，往往還被要求充電設備與發射線圈完全對準。在未來，WPT技術可能發展到實現無處不在的非接觸充電，即U-IPT可以在一個三維空間中，無論電池位置和方向如何改變都能實現不插線的充電服務。

為了滿足電磁輻射安全限值，U-IPT系統應在區域較大的空間內具有均分的磁場分布，同時通過電磁屏蔽實現有效的電磁幹擾抑制。

有學者初探了導電磁屏蔽體對U-IPT系統的電磁輻射抑制效果，將鋁板屏蔽體放置在距離產生非期望磁通較近的線圈導體一側，該方案可以有效抵消非期望的磁場分布，同時增強U-IPT期望區域的磁通密度，並在一個具有9個電能接收負載的U-IPT系統得到了實驗驗證。目前對U-IPT系統電磁兼容性的相關研究較少，這可能將成為未來研究者的一個研究方向。

4 動態WPT系統的電磁兼容性

動態無線充電技術是對靜態無線充電技術的拓展，其可以在電動汽車行駛的過程中持續性地提供充電服務。相對於靜態WPT系統，動態WPT系統需要面對線圈間的耦合係數快速變化的問題，這意味著動態WPT系統的電磁場環境是不斷變化的，這給WPT系統的電磁兼容性研究帶來了一定的挑戰。

目前KAIST已經將該技術成功應用於OLEV並實現了商業化運行，同時為了使WPT系統的電磁輻射符合ICNIRP導則的限值要求，KAIST提出了一系列針對OLEV的WPT系統的電磁幹擾抑制措施，有效地將WPT系統的電磁輻射限制在不危害人體安全的範圍內。為了使動態WPT系統能夠更好地進行商業化推廣，其電磁兼容性的研究工作將會成為未來學者的研究熱點。

本文編自《電工技術學報》，原文標題為「無線電能傳輸系統電磁兼容研究現況及發展趨勢」，作者為沈棟、杜貴平、丘東元、張波。