pg下载 河北工大团队发表无线电能传输系统电磁能流与耦合特性的研究成果

现如今，手机无线充电、电动汽车无接触供电之类场景已然成了生活里的平常状态，无线电能传输技术正深切地改变着人们运用电力的方式。然而，能量到底是怎样达成“隔空”传递的呢？其背后电磁能量的流动规律又是怎样的呢？在本文当中，是基于坡印廷定理，深入地剖析无线电能传输系统里面电磁能流以及耦合特性，揭示出磁场与电场协同发挥作用的规律，从而为这项技术的进一步发展给予理论方面的支撑。

研究背景

1887年时，赫兹借助进行实验，在头一回证明电磁波存在之际，达成了电能的短距离无线转移，从而拉开了无线电能传输研究的序幕。1893年那一刻，特斯拉开展了无线电能传输的首次工程化尝试，还打算构建全球无线供电系统。

如今，无线电能传输技术在电工技术应用里，于蕴含信息化、现代化以及智能化的情形下，占据着重要的地位，在智能家居领域，在新能源汽车领域，在生物医疗等领域，需求日益增长。不过，跟无线通信技术发展得极为迅速相比，电能无线传输在能量流动机理方面的研究，以及在耦合特性等方面的研究，仍旧有待做更深入的探究，明确电磁能量在空间当中的传输规律，对于把系统性能予以提升，对于拓展应用场景，具备实际的意义。

图1 一般性无线电能传输电磁能流特性

论文所解决的问题及意义

在当下，无线电能传输系统的电磁能流研究，由于运用了复杂的高阶数学手段，存在着难以通过实验进行验证的情况，还缺乏合理的模型去描述空间能流分布的特性等诸多问题。与此同时，对于电感耦合与电容耦合在该系统里的作用以及它们之间的关系，到目前为止还没有形成清晰并且统一的认识。

就此文而言，其先是剖析基础电气元件电磁能流的共性特征，接着依循坡印廷定理构建正弦激励状况下的电磁能流模型，而后运用降阶数学模型探寻空间能量耦合的实质，进而明晰无线电能传输跟其他电磁变换技术的界限，还解决了能流研究里模型繁杂、难以进行验证的问题。另外，还揭示了电感耦合与电容耦合的共存情形以及两者的对称特性，为提高系统整体性能、设计具有高功率密度的电磁耦合机构提供了全新思路，对无线电能传输技术的理论探究以及实际运用具备指导作用。

论文方法及创新点

论文把坡印廷定理当作核心分析工具，先是针对导线、螺线管、平面电容器等电路典型元件的电磁能流特性做分析，发觉RLC电路元件自身并不传输电磁能量，都是借助邻近空间电磁场来达成电磁功率传递。基于此，把无线电能传输系统看成是多个RLC电路的组合，剖析其电磁能流特性，弄清楚近区电磁场耦合是能量传输的关键。

图2 一般性无线电能传输系统能量

创新点主要包括：

搭建了基于坡印廷定理的简化电磁能流模型，对能量耦合本质进行了定性探索，让复杂的能流研究在理解与验证方面变得更加容易。

2、展现出无线电能传输系统里电感耦合跟电容耦合的共同存在的那种状况 ，并且这两种耦合具备数学意义上的对称性 ，进而使得传统对于单一耦合方式的认识发生了改变。

1. 从能量流动机理方面来看，将电磁近场区域里无线电能传输的工作模式进行了统一表述，2. 这能为协同运用两种耦合方式，3. 以及拓宽能量传输通道，4. 提供理论依据。

图3，对偶验证实验的结果，其中，（a）部分，电容板作为发射单元，线圈作为接收单元。

图3，对偶验证实验结果（b），其中电容板是作为接收单元的，还存在着线圈是作为发射单元的情况。

图4 无线电能传输系统频率特性验证

结论

电磁功率流动中，无线电能传输系统显著特征是那种非接触传导式的，其核心重点在于近区电磁场的耦合存在作用，系统里同时有电感耦合与电容耦合这两者，这两者具备对称性，并且其能量传输比例跟与系统工作频率形成关联，随着频率逐步提高上升，则电容耦合的贡献的比例呈现增加态势。

在实际运用里，无线电能传输系统没能像变压器或者电容器借助高性能导磁材料或者介电材料去引导电磁场，增强近区电磁场耦合是提高系统性能的重点所在。合理运用电感耦合以及电容耦合的共存现象，达成两类耦合能量的协同传输pg下载麻将胡了A.旗舰厅进体育.cc，能够拓宽能量传输通道的容量，对于水下环境、生物医学等特殊场景里的稳定高效传输具备实际意义pg下载，还为常规工程场景中提升传输性能给出了新方向。

团队介绍

河北工业大学，有一个高性能智慧无线电能传输研究团队pg下载官方认证，此团队依托智能配用电装备与系统全国重点实验室，在电磁场数值计算这方面，以及无线电能传输理论与应用方面，有着多年的研究经验。当前，该团队正针对无线电能传输技术，着力于达成高性能以及智能化，高安全、高可靠、高能效、高适应性这几个方面是其主要表现，涉及到的关键科学问题涵盖电磁场空间调控与生物电磁安全问题、磁耦合机构高性能屏蔽磁芯材料、大功率稳恒控制与恒流恒压充电模式、强互操作性高距径比能效追踪系统、高温高压盐雾极端环境下耦合机构全真模拟与全生命周期预测等。

王奉献，在读博士研究生，研究方向为无线电能传输技术。

周依桐，在读硕士研究生，研究方向为无线电能传输技术。

工学博士张献身为教授，还是博士生导师，是中国电工技术学会理事，又是全国无线电能传输技术专委会秘书长，是天津市青年科技优秀人才，也是国家自然科学基金委优秀青年基金获得者。其研究方向是智能化大功率无线电能传输、三维空间电磁场可视化测量等，发表过多篇论文，拥有6项发明专利。承担了3项国家自然科学基金、3项天津市自然基金。获得过一项天津市科技进步一等奖、一项二等奖，参与了4项电动汽车无线充电国家标准制定工作。

杨庆新，身为工学博士，为教授，还是博士生导师，是新世纪百千万人才工程国家级人选，更是国务院政府特殊津贴获得者。他现任中国电工技术学会理事长，以及无线电能传输技术专业委员会主任委员。他曾担任河北工业大学党委副书记、副校长，此职位为正地厅级，还曾担任河北省科技厅厅长，也曾担任天津工业大学校长，任期是2008.2 - 2018.10，还担任过天津理工大学校长，任期为2018.10 - 2021.12。他主要从事的是工程电磁场与磁技术方面的研究工作。

厉光耀，在读硕士研究生，研究方向为无线电能传输技术。

2025年的第10期，《电工技术学报》发表了本工作成果，其论文标题是“基于坡印廷定理的无线电能传输系统电磁能流与耦合特性研究“。本课题获得了国家自然科学基金的资助，也得到了国家留学基金委高水平公派留学生项目的资助，天津市自然科学基金同样提供了资助，还有河北省中央引导地方科技发展资金给予了资助，河北省高等学校科学研究项目合作专项也进行了资助，河北省燕赵青年科学家项目也给予了资助。