無線電能傳輸（Wireless Power Transfer, WPT）技術作為一項新型的電能傳輸方式，可有效地實現(xiàn)非接觸式電能傳輸，減少觸電危險的同時大大地提高了充電系統(tǒng)的安全性。隨著無線電能傳輸技術研究的不斷加深和推廣，無線充電產品將成為未來最有潛力的市場之一。

由于無線電能傳輸系統(tǒng)在傳播過程中需要借助磁耦合機構將發(fā)射側的電能轉化成高頻磁場，電磁場是WPT系統(tǒng)傳輸電能的介質，其帶來的電磁輻射問題將給公眾的人身安全帶來嚴重的威脅。因此，要實現(xiàn)WPT技術的更好發(fā)展，尤其在熱門應用領域，如電動汽車和植入式醫(yī)療設備，就必須解決好電磁輻射安全問題。

1 電磁測試的國際標準與測試方法

隨著WPT技術從實驗室逐步走向市場，無線電能傳輸產品也應當符合相關的電磁兼容安全標準。ICNIRP導則作為目前認可最廣泛的非電離輻射電磁兼容準則，對WPT系統(tǒng)的電磁兼容性設計具有很好的指導作用，ICNIRP導則部分重要電磁安全指標見表1。

表1中，比吸收率SAR常用于表征電磁場對人體組織的輻射效應，國內外學者就是通過SAR這一學量來探究WPT系統(tǒng)對人體電磁輻射影響的。

表1 ICNIRP導則

目前暫時沒有專門針對WPT系統(tǒng)的電磁測試方法，多數(shù)情況下仍根據(jù)非電離輻射電磁兼容測試方案對WPT系統(tǒng)進行電磁測試。

2 電動汽車WPT系統(tǒng)的電磁干輻射分析

為了更好地推進電動汽車WPT系統(tǒng)的實用化進程，應當充分考慮電動汽車WPT系統(tǒng)的電磁兼容性。目前國內外學者對電動汽車WPT系統(tǒng)的電磁安全研究主要集中在耦合線圈產生的電磁輻射對人體的影響。通過對電動汽車和人體模型進行參數(shù)建模，利用電磁仿真方式探究不同情況下磁耦合線圈產生的高頻交流磁場對人體的電磁影響，其中人體模型的SAR值通常用于表征高頻磁場對人體輻射的影響。

有學者通過構建電動汽車充電時的電磁仿真模型，研究了WPT系統(tǒng)工作時對人體的影響，在考慮了汽車底盤屏蔽作用的前提下，仿真實驗表明，電動汽車周邊的電磁安全指標均滿足ICNIRP的限制要求。

有學者對處于車內不同位置下人體各器官的電流密度、功率密度以及SAR值分布進行了仿真分析，仿真數(shù)據(jù)表明，電磁輻射干擾的嚴重程度與人體距離諧振器的距離有關，隨著距離的減小，人體受到的電磁干擾會更加的嚴重。

有學者對不同姿勢下人體模型進行了仿真分析，仿真結果表明當人體平躺在諧振器正上方時，人體受到的電磁輻射影響最嚴重。

有學者對耦合線圈完全對準和錯位偏移下的電磁輻射場進行了仿真分析，當線圈發(fā)生錯位偏移時，阻抗失配將導致線圈電流和漏磁量的顯著增加，這會使得WPT系統(tǒng)的電磁輻射干擾比完全對準時更加嚴重。需要指明的是，由于電動汽車的底盤對線圈產生的高頻磁場有著很好的屏蔽作用，故在多數(shù)情況下，車內車外的電磁安全指標仍然能夠很好地符合ICNIRP的限制。

3 植入式醫(yī)療設備WPT系統(tǒng)的電磁干擾分析

無線電能傳輸技術對植入式醫(yī)療設備有著較高的應用價值，目前國內外已經對心臟起搏器、脊椎刺激器等植入式醫(yī)療設備的WPT系統(tǒng)進行了一系列的相關研究。同時，植入式醫(yī)療設備WPT系統(tǒng)的電磁兼容安全性也引起了許多研究者的關注。與電動汽車WPT系統(tǒng)不同，植入式醫(yī)療設備WPT系統(tǒng)傳輸功率僅為mV級，且沒有金屬屏蔽底盤。

有學者設計了一種用于聽覺修復的經皮能量傳輸系統(tǒng)，其在12MHz的頻率下身體組織吸收而造成的能量損失僅為臨界耦合時傳輸能量的1.5%，對生物組織的影響幾乎可以忽略不計。

有學者指出10MHz以內的WPT系統(tǒng)電磁輻射對人體組織的影響是可以忽略不計的，并通過平面波分解表示人體組織的感應電場分布。

有學者對1MHz時的植入式心臟起搏器WPT系統(tǒng)的耦合線圈進行了電磁仿真分析，其人體模型峰值空間平均SAR分布如圖1所示，仿真結果表明，靠近諧振線圈的手臂組織電磁輻射較高。

圖1 人體模型峰值空間平均SAR

有學者探究了植入線圈對人體組織的電磁輻射影響，仿真結果表明，正常工作下線圈的電磁輻射各項指標均低于ICNIRP限值。

有學者探究了用于消化道檢測的膠囊內窺鏡的系統(tǒng)，通過建立約束條件的方式，分析了WPT系統(tǒng)對電磁生物安全性和線圈溫升安全性的影響。

目前植入式醫(yī)療設備WPT系統(tǒng)的電磁兼容性研究多停留在仿真階段，缺少相應的活體實驗測試數(shù)據(jù)。

本文編自《電工技術學報》，原文標題為“無線電能傳輸系統(tǒng)電磁兼容研究現(xiàn)況及發(fā)展趨勢”，作者為沈棟、杜貴平、丘東元、張波。