活動(dòng)鏈接： 2015年控制網(wǎng)行業(yè)專(zhuān)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)研究團隊研究開(kāi)發(fā)的高速列車(chē)無(wú)線(xiàn)供電技術(shù)在中國科技館展出，該技術(shù)以其極為靈活的無(wú)線(xiàn)供電方式，及對電能的高效傳輸與利用，引起業(yè)界廣泛關(guān)注，被中國科協(xié)列為10項引領(lǐng)未來(lái)的科學(xué)技術(shù)之一。

    作為新型的電能傳輸技術(shù)，無(wú)線(xiàn)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，是集基礎研究與應用研究于一體的前沿課題,采用無(wú)線(xiàn)供電方式能有效克服電線(xiàn)連接存在的各類(lèi)缺陷，具有重要的應用預期和廣闊的發(fā)展前景。

    思路創(chuàng )新 撬動(dòng)高鐵供電革命

    據了解，我國無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)方面的研究早已起步，國家863計劃、科技支撐計劃等都支持開(kāi)展無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的研究工作，各級政府也將無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)納入重點(diǎn)項目進(jìn)行研究。

    今年4月26日，中國電工技術(shù)學(xué)會(huì )無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)專(zhuān)業(yè)委員會(huì )成立，天津工業(yè)大學(xué)校長(cháng)、中國電工技術(shù)學(xué)會(huì )副理事長(cháng)楊慶新教授擔任中國電工技術(shù)學(xué)會(huì )第一屆無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)專(zhuān)業(yè)委員會(huì )主任委員，專(zhuān)委會(huì )的成立為我國無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)的學(xué)術(shù)交流和發(fā)展應用建立了良好平臺。

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

    “我們認為真正作用突出的就是高速列車(chē)的無(wú)線(xiàn)供電，可靠的電力供應是確保高鐵安全運行的保證。”楊慶新表示。

    近年來(lái)，我國高速鐵路取得了迅猛發(fā)展。截至2013年年底，中國高鐵客運專(zhuān)線(xiàn)達11028公里，超過(guò)了世界上其他國家高鐵運營(yíng)里程總和，居全球首位。據悉，在列車(chē)運行過(guò)程中主要通過(guò)弓網(wǎng)系統獲取電能，受電弓安裝在車(chē)頂，高鐵列車(chē)通過(guò)受電弓滑板與接觸網(wǎng)導線(xiàn)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(wèn)題。在高速運行狀態(tài)下，高鐵弓網(wǎng)系統存在摩擦磨損、受電弓離線(xiàn)、振動(dòng)、打弧和惡劣環(huán)境等多方面問(wèn)題，這些問(wèn)題是制約高鐵列車(chē)安全可靠運行的瓶頸。”楊慶新表示。

    “無(wú)線(xiàn)供電能很好地解決這一問(wèn)題，該方式代替受電弓與接觸網(wǎng)滑動(dòng)取電的傳統方式，允許存在數十厘米的工作間隙，提高了絕緣強度，避免了弓網(wǎng)電弧頻繁出現及高速移動(dòng)時(shí)材料磨損等諸多問(wèn)題，從而顯著(zhù)提高受流質(zhì)量。”楊慶新補充道。

    業(yè)內人士認為，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(chē)本身沿固定路線(xiàn)運動(dòng)，有自己獨立的供電線(xiàn)路，該項目采用懸掛式發(fā)射線(xiàn)圈技術(shù)，將發(fā)射端與接收端置于列車(chē)頂部，避免了對鐵軌鋪設的復雜要求，能大大降低改造及維修成本。”

    深化應用 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(cháng)、智能測試及信息處理技術(shù)研究所所長(cháng)朱春波表示，“目前，無(wú)線(xiàn)供電方式還存在效率、成本等問(wèn)題，是否采用無(wú)線(xiàn)供電，取決于是否利大于弊。”

    記者了解到，無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)的發(fā)展也改變了醫療植入式電子系統的供電方式。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(kāi)刀更換電池的麻煩。

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

    近年來(lái)，純電動(dòng)汽車(chē)越來(lái)越受關(guān)注，節能、環(huán)保、經(jīng)濟等優(yōu)勢使其成為未來(lái)汽車(chē)發(fā)展方向，但之所以一直難以徹底取代傳統燃油汽車(chē)，是因為存在續航里程以及充電時(shí)間等難題。

    “大功率無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)還可為電動(dòng)汽車(chē)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(chē)無(wú)線(xiàn)充電有兩種模式，一種為靜止充電，另一種為在線(xiàn)式無(wú)線(xiàn)供電，即邊走邊充或直接采用無(wú)線(xiàn)電力驅動(dòng)。一旦在道路上實(shí)現在線(xiàn)式無(wú)線(xiàn)供電，電動(dòng)汽車(chē)可以不再要求有動(dòng)力電池，擺脫電池負擔，將有力地推動(dòng)純電動(dòng)汽車(chē)的大規模應用。”  

    目前，已有包括雷諾、日產(chǎn)、沃爾沃、寶馬、豐田在內的10余家汽車(chē)廠(chǎng)商開(kāi)始對無(wú)線(xiàn)充電系統進(jìn)行測試，今年大眾也表示或于2017年向公眾推出無(wú)線(xiàn)充電系統。

    朱春波表示：“電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)方便、安全、便于自動(dòng)充電，技術(shù)上接近成熟，對解決電動(dòng)汽車(chē)續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

    據了解，無(wú)線(xiàn)電能傳輸主要利用電磁感應、電磁諧振、電磁輻射等形式實(shí)現。早在19世紀中后期，無(wú)線(xiàn)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)驗研究。到20 世紀80 年代，以電磁感應耦合方式為主的無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)開(kāi)始被學(xué)者們關(guān)注，并逐漸應用到電動(dòng)牙刷、手機、電動(dòng)汽車(chē)等產(chǎn)品的無(wú)線(xiàn)供電中。2007 年麻省理工學(xué)院馬林?索爾賈?？撕退难芯繄F隊，在2米距離以無(wú)線(xiàn)供電方式成功點(diǎn)亮60瓦的燈泡，開(kāi)辟了無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)新方向。

    2011 年10 月，由楊慶新?tīng)款^，中國科協(xié)在天津工業(yè)大學(xué)召開(kāi)了國內首次“無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)”專(zhuān)題研討會(huì )，與會(huì )專(zhuān)家討論了無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)新進(jìn)展、應用前景及存在的問(wèn)題。此次會(huì )議達成了多項共識，對無(wú)線(xiàn)電能技術(shù)在國內的研究與推廣發(fā)揮了重要作用。

    據業(yè)內人士介紹，到目前為止，對于高鐵列車(chē)的穩定、可靠無(wú)線(xiàn)供電問(wèn)題，國內外研究成果報道較少，大多處于實(shí)驗室階段。“此次展出的高速列車(chē)無(wú)線(xiàn)供電技術(shù)以高速列車(chē)采用無(wú)線(xiàn)供電方式進(jìn)行驅動(dòng)為最終目標，著(zhù)重研究解決高速運動(dòng)情況下遇到的理論與實(shí)際問(wèn)題。”楊慶新表示。

    電磁輻射問(wèn)題是消費者擔心的主要問(wèn)題之一。楊慶新對此表示：“無(wú)線(xiàn)供電采用交流電磁耦合變換，會(huì )有相應電磁輻射。但當無(wú)線(xiàn)輸電裝置為用電設備供電時(shí)，由于采用了屏蔽裝置，不會(huì )對人體健康造成危害，屏蔽問(wèn)題已經(jīng)解決。”

    此外，高速列車(chē)無(wú)線(xiàn)供電必須解決大功率（電壓高、電流大）、高速切割磁感應線(xiàn)時(shí)導體的受力等問(wèn)題。“目前，我們在一定比例的模型上已經(jīng)解決了上述問(wèn)題，如果實(shí)驗做完，驗證解決等比例高速切割磁感應線(xiàn)時(shí)導體的受力問(wèn)題，這項技術(shù)完全可以在高鐵上推廣，這將是高鐵供電的革命。高鐵無(wú)線(xiàn)供電問(wèn)題解決了，其他設備的無(wú)線(xiàn)供電問(wèn)題便會(huì )迎刃而解，對此我們充滿(mǎn)信心。”楊慶新表示。

    摘自《中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導報》，2014年9月1日