近十年，國內(nèi)外學(xué)者已在無線電能傳輸（WPT）系統(tǒng)的電磁兼容領(lǐng)域取得了許多進(jìn)展性的研究成果，但仍存在進(jìn)步的空間。作者從機(jī)理分析、介質(zhì)影響、自由無線電能傳輸技術(shù)（Ubiquitous IPT, U-IPT）系統(tǒng)和動態(tài)WPT系統(tǒng)的電磁兼容性的方面進(jìn)行未來展望。

1 機(jī)理分析

目前學(xué)者對WPT電磁兼容機(jī)理的研究都是基于諧振狀態(tài)下的，且通常收發(fā)兩側(cè)的線圈需完全對準(zhǔn)。

實(shí)際應(yīng)用過程中，由于環(huán)境因素、負(fù)載變動、線圈偏移或線圈過耦合等因素都會導(dǎo)致WPT系統(tǒng)脫離原有預(yù)期的工作狀態(tài)。

以線圈偏移為例，當(dāng)磁耦合線圈發(fā)生橫向偏移時(shí)，其將造成電磁場的嚴(yán)重畸變，這會使得某些位置處的電磁干擾明顯加強(qiáng)。而環(huán)境因素等導(dǎo)致的線圈自感系數(shù)發(fā)生變化也會使得WPT系統(tǒng)偏離原有的諧振狀態(tài)，使得電磁場的分布與共振狀態(tài)存在差異。

除此之外，感應(yīng)式和諧振式WPT系統(tǒng)的電磁場環(huán)境也存在著電磁機(jī)理的不同，近場區(qū)與遠(yuǎn)場區(qū)的電磁場作用機(jī)理也需要研究者繼續(xù)進(jìn)行進(jìn)一步的理論研究。

2 介質(zhì)影響

環(huán)境介質(zhì)影響是WPT技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中必須考慮的問題之一，目前學(xué)者較多集中在對金屬介質(zhì)和水介質(zhì)的研究，其中金屬介質(zhì)已經(jīng)擁有較為豐碩的理論成果，但針對水介質(zhì)特別是在海水環(huán)境下的相關(guān)文獻(xiàn)則較為稀少。

海水環(huán)境由于同時(shí)存在渦流損耗、屏蔽折射等現(xiàn)象，其相應(yīng)的電磁場分析相比金屬介質(zhì)和淡水介質(zhì)顯得更為復(fù)雜；同時(shí)海水的擾動、含鹽量、溫度等也會進(jìn)一步劣化WPT系統(tǒng)的電磁場分布，使得電磁輻射現(xiàn)象更為嚴(yán)重。探究環(huán)境介質(zhì)的影響機(jī)理可以推進(jìn)WPT應(yīng)用更好地適應(yīng)多變的環(huán)境因素。

3 U-IPT系統(tǒng)的電磁兼容性

現(xiàn)階段商業(yè)化的WPT產(chǎn)品以一對一充電為主，往往還被要求充電設(shè)備與發(fā)射線圈完全對準(zhǔn)。在未來，WPT技術(shù)可能發(fā)展到實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)不插線的充電服務(wù)。

為了滿足電磁輻射安全限值，U-IPT系統(tǒng)應(yīng)在區(qū)域較大的空間內(nèi)具有均分的磁場分布，同時(shí)通過電磁屏蔽實(shí)現(xiàn)有效的電磁干擾抑制。

有學(xué)者初探了導(dǎo)電磁屏蔽體對U-IPT系統(tǒng)的電磁輻射抑制效果，將鋁板屏蔽體放置在距離產(chǎn)生非期望磁通較近的線圈導(dǎo)體一側(cè)，該方案可以有效抵消非期望的磁場分布，同時(shí)增強(qiáng)U-IPT期望區(qū)域的磁通密度，并在一個具有9個電能接收負(fù)載的U-IPT系統(tǒng)得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。目前對U-IPT系統(tǒng)電磁兼容性的相關(guān)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(tài)WPT系統(tǒng)的電磁兼容性

動態(tài)無線充電技術(shù)是對靜態(tài)無線充電技術(shù)的拓展，其可以在電動汽車行駛的過程中持續(xù)性地提供充電服務(wù)。相對于靜態(tài)WPT系統(tǒng)，動態(tài)WPT系統(tǒng)需要面對線圈間的耦合系數(shù)快速變化的問題，這意味著動態(tài)WPT系統(tǒng)的電磁場環(huán)境是不斷變化的，這給WPT系統(tǒng)的電磁兼容性研究帶來了一定的挑戰(zhàn)。

目前KAIST已經(jīng)將該技術(shù)成功應(yīng)用于OLEV并實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化運(yùn)行，同時(shí)為了使WPT系統(tǒng)的電磁輻射符合ICNIRP導(dǎo)則的限值要求，KAIST提出了一系列針對OLEV的WPT系統(tǒng)的電磁干擾抑制措施，有效地將WPT系統(tǒng)的電磁輻射限制在不危害人體安全的范圍內(nèi)。為了使動態(tài)WPT系統(tǒng)能夠更好地進(jìn)行商業(yè)化推廣，其電磁兼容性的研究工作將會成為未來學(xué)者的研究熱點(diǎn)。

本文編自《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，原文標(biāo)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。