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活動(dòng)鏈接： 2015年控制網(wǎng)行業(yè)專題——軌道交通與自動(dòng)化

    近日，天津工業(yè)大學(xué)工程電磁場(chǎng)與磁技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)研究開發(fā)的高速列車無線供電技術(shù)在中國(guó)科技館展出，該技術(shù)以其極為靈活的無線供電方式，及對(duì)電能的高效傳輸與利用，引起業(yè)界廣泛關(guān)注，被中國(guó)科協(xié)列為10項(xiàng)引領(lǐng)未來的科學(xué)技術(shù)之一。

    作為新型的電能傳輸技術(shù)，無線電能傳輸技術(shù)是目前電氣工程領(lǐng)域最活躍的熱點(diǎn)研究方向之一，是集基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究于一體的前沿課題,采用無線供電方式能有效克服電線連接存在的各類缺陷，具有重要的應(yīng)用預(yù)期和廣闊的發(fā)展前景。

    思路創(chuàng)新 撬動(dòng)高鐵供電革命

    據(jù)了解，我國(guó)無線電能傳輸技術(shù)方面的研究早已起步，國(guó)家863計(jì)劃、科技支撐計(jì)劃等都支持開展無線充電技術(shù)的研究工作，各級(jí)政府也將無線電能傳輸技術(shù)納入重點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行研究。

    今年4月26日，中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)無線電能傳輸技術(shù)專業(yè)委員會(huì)成立，天津工業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)、中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)楊慶新教授擔(dān)任中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)第一屆無線電能傳輸技術(shù)專業(yè)委員會(huì)主任委員，專委會(huì)的成立為我國(guó)無線電能傳輸技術(shù)的學(xué)術(shù)交流和發(fā)展應(yīng)用建立了良好平臺(tái)。

    目前，無線電能傳輸技術(shù)已經(jīng)取得階段性成果，一些小功率無線充電產(chǎn)品已經(jīng)上市，主要應(yīng)用于電子產(chǎn)品無線充電等領(lǐng)域。如諾基亞公司的Lumia系列、三星公司的Galaxy系列手機(jī)都集成了無線充電功能。我國(guó)企業(yè)也積極投身無線供電技術(shù)，由海爾自主研發(fā)的創(chuàng)新廚房電器無尾廚電打破了傳統(tǒng)廚電在安全性、便利性、時(shí)尚性等方面的限制，解決有線電器帶來的困擾。

    “我們認(rèn)為真正作用突出的就是高速列車的無線供電，可靠的電力供應(yīng)是確保高鐵安全運(yùn)行的保證。”楊慶新表示。

    近年來，我國(guó)高速鐵路取得了迅猛發(fā)展。截至2013年年底，中國(guó)高鐵客運(yùn)專線達(dá)11028公里，超過了世界上其他國(guó)家高鐵運(yùn)營(yíng)里程總和，居全球首位。據(jù)悉，在列車運(yùn)行過程中主要通過弓網(wǎng)系統(tǒng)獲取電能，受電弓安裝在車頂，高鐵列車通過受電弓滑板與接觸網(wǎng)導(dǎo)線接觸，在靜止或滑動(dòng)狀態(tài)下獲取電能。

    “要確保高鐵安全，關(guān)鍵是處理好受電弓與接觸網(wǎng)之間的關(guān)系，解決好高速受流問題。在高速運(yùn)行狀態(tài)下，高鐵弓網(wǎng)系統(tǒng)存在摩擦磨損、受電弓離線、振動(dòng)、打弧和惡劣環(huán)境等多方面問題，這些問題是制約高鐵列車安全可靠運(yùn)行的瓶頸。”楊慶新表示。

    “無線供電能很好地解決這一問題，該方式代替受電弓與接觸網(wǎng)滑動(dòng)取電的傳統(tǒng)方式，允許存在數(shù)十厘米的工作間隙，提高了絕緣強(qiáng)度，避免了弓網(wǎng)電弧頻繁出現(xiàn)及高速移動(dòng)時(shí)材料磨損等諸多問題，從而顯著提高受流質(zhì)量。”楊慶新補(bǔ)充道。

    業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，該技術(shù)理論上可行，但改造鐵軌工程量大，推廣存在一定難度。楊慶新表示：“由于列車本身沿固定路線運(yùn)動(dòng)，有自己獨(dú)立的供電線路，該項(xiàng)目采用懸掛式發(fā)射線圈技術(shù)，將發(fā)射端與接收端置于列車頂部，避免了對(duì)鐵軌鋪設(shè)的復(fù)雜要求，能大大降低改造及維修成本。”

    深化應(yīng)用 帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提升

    哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣學(xué)院副院長(zhǎng)、智能測(cè)試及信息處理技術(shù)研究所所長(zhǎng)朱春波表示，“目前，無線供電方式還存在效率、成本等問題，是否采用無線供電，取決于是否利大于弊。”

    記者了解到，無線電能傳輸技術(shù)的發(fā)展也改變了醫(yī)療植入式電子系統(tǒng)的供電方式。采用該技術(shù)可在體外進(jìn)行電能傳輸，為人工心臟提供能量，從而避免病人定期開刀更換電池的麻煩。

    除此之外，“在工業(yè)領(lǐng)域還可利用無線電能傳輸技術(shù)為移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行無線充電，在防爆、防火、水下、工礦等特種應(yīng)用場(chǎng)合可以滿足惡劣的工作環(huán)境的需求。”朱春波表示。

    近年來，純電動(dòng)汽車越來越受關(guān)注，節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢(shì)使其成為未來汽車發(fā)展方向，但之所以一直難以徹底取代傳統(tǒng)燃油汽車，是因?yàn)榇嬖诶m(xù)航里程以及充電時(shí)間等難題。

    “大功率無線電能傳輸技術(shù)還可為電動(dòng)汽車等交通工具提供方便的電能，在能源交通、航空航天等領(lǐng)域具有更為廣闊的發(fā)展空間。”楊慶新表示，“電動(dòng)汽車無線充電有兩種模式，一種為靜止充電，另一種為在線式無線供電，即邊走邊充或直接采用無線電力驅(qū)動(dòng)。一旦在道路上實(shí)現(xiàn)在線式無線供電，電動(dòng)汽車可以不再要求有動(dòng)力電池，擺脫電池負(fù)擔(dān)，將有力地推動(dòng)純電動(dòng)汽車的大規(guī)模應(yīng)用。”  

    目前，已有包括雷諾、日產(chǎn)、沃爾沃、寶馬、豐田在內(nèi)的10余家汽車廠商開始對(duì)無線充電系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，今年大眾也表示或于2017年向公眾推出無線充電系統(tǒng)。

    朱春波表示：“電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)方便、安全、便于自動(dòng)充電，技術(shù)上接近成熟，對(duì)解決電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的難題具有重要意義，但效率、成本、屏蔽技術(shù)、控制技術(shù)等難題尚待解決。”

    協(xié)同研究 推動(dòng)技術(shù)完美落地

    據(jù)了解，無線電能傳輸主要利用電磁感應(yīng)、電磁諧振、電磁輻射等形式實(shí)現(xiàn)。早在19世紀(jì)中后期，無線電能傳輸技術(shù)就被電氣工程師尼古拉?特斯拉提出，并進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。到20 世紀(jì)80 年代，以電磁感應(yīng)耦合方式為主的無線電能傳輸技術(shù)開始被學(xué)者們關(guān)注，并逐漸應(yīng)用到電動(dòng)牙刷、手機(jī)、電動(dòng)汽車等產(chǎn)品的無線供電中。2007 年麻省理工學(xué)院馬林?索爾賈希克和他的研究團(tuán)隊(duì)，在2米距離以無線供電方式成功點(diǎn)亮60瓦的燈泡，開辟了無線電能傳輸技術(shù)新方向。

    2011 年10 月，由楊慶新牽頭，中國(guó)科協(xié)在天津工業(yè)大學(xué)召開了國(guó)內(nèi)首次“無線電能傳輸技術(shù)”專題研討會(huì)，與會(huì)專家討論了無線電能傳輸技術(shù)新進(jìn)展、應(yīng)用前景及存在的問題。此次會(huì)議達(dá)成了多項(xiàng)共識(shí)，對(duì)無線電能技術(shù)在國(guó)內(nèi)的研究與推廣發(fā)揮了重要作用。

    據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，到目前為止，對(duì)于高鐵列車的穩(wěn)定、可靠無線供電問題，國(guó)內(nèi)外研究成果報(bào)道較少，大多處于實(shí)驗(yàn)室階段。“此次展出的高速列車無線供電技術(shù)以高速列車采用無線供電方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)為最終目標(biāo)，著重研究解決高速運(yùn)動(dòng)情況下遇到的理論與實(shí)際問題。”楊慶新表示。

    電磁輻射問題是消費(fèi)者擔(dān)心的主要問題之一。楊慶新對(duì)此表示：“無線供電采用交流電磁耦合變換，會(huì)有相應(yīng)電磁輻射。但當(dāng)無線輸電裝置為用電設(shè)備供電時(shí)，由于采用了屏蔽裝置，不會(huì)對(duì)人體健康造成危害，屏蔽問題已經(jīng)解決。”

    此外，高速列車無線供電必須解決大功率（電壓高、電流大）、高速切割磁感應(yīng)線時(shí)導(dǎo)體的受力等問題。“目前，我們?cè)谝欢ū壤哪Ｐ蜕弦呀?jīng)解決了上述問題，如果實(shí)驗(yàn)做完，驗(yàn)證解決等比例高速切割磁感應(yīng)線時(shí)導(dǎo)體的受力問題，這項(xiàng)技術(shù)完全可以在高鐵上推廣，這將是高鐵供電的革命。高鐵無線供電問題解決了，其他設(shè)備的無線供電問題便會(huì)迎刃而解，對(duì)此我們充滿信心。”楊慶新表示。

    摘自《中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào)》，2014年9月1日