根据 1831 年英国的法拉第发现的电磁感应定律， 爱尔兰梅努斯大学的尼古拉斯牧师在 1836 年发明了 感应线圈——最早的变压器。所谓的变压器，是采用 相向的一对线圈和磁通量收敛用磁体接触，或通过非 常狭小的缝隙让其对抗的结构。一次侧和二次侧的线 圈是电气绝缘的，但可以在非接触状态下进行电能传 输——无线电能传输。 

 运用了变压器原理的电磁感应式无线电能传输， 基本原理如图 1 所示。

图1

 交流电流入一次线圈，线圈周围产生磁场，通过 一次 / 二次线圈共同的磁通链在二次线圈处产生感应电 动势。这里考虑的是理想状态的变压器，磁通量全部 由主磁通量构成，没有漏磁通。没有漏磁通的情况下， 表示一次线圈和二次线圈的耦合程度的耦合系数 k 为 1。 

 非接触式（无线电能传输）的情况与变压器相同， 发射线圈和接收线圈共同的磁通链是传输的关键。也 就是说，希望两线圈的耦合程度高。无线电能传输会因间隙过大导致的磁路断开产生 漏磁通，其耦合系数会远小于 1。有提高能量传输效率的方法。采用最适设计，将一次侧的施加电压频率设计为高频，采用类似于分离 式变压器的形式，线圈电感与电容并联或串联形成谐 振电路。电磁感应式的传输效率很大程度上取决于耦合系 数。耦合系数在 0.01 以下，就无法在这样极端的大线 圈之间传输电能。作为 EV 无线电能传输方式，电磁感应式并不具 备实用性。

 磁共振无线电能传输技术因 2007 年美国 MIT（麻 省理工学院）的研究团队成功地以 2m 距离传输 60W 电能而受到了关注。这是 21 世纪的新发明，因为系统 十分简单，报道轰动全球。其中很多感到惊讶的人会 觉得：明明到目前为止很多研究人员都在探讨，为什 么都没有发现呢？现在的无线电能传输技术开发，从磁共振方式开 始变得活跃。

图2

图 2 所示为 MIT 发表的系统的概要，以紧密的电 磁耦合方式从发射侧的单匝环形线圈向接收侧螺旋线 圈传输电能。将发射侧和接收侧的螺旋线圈的性能系数 Q 设为 较大数值，以相同的频率使之 LC 谐振，通过空间内的 磁能传输电能，有效利用了磁场谐振。接收侧和发射 侧是同样的线圈结构。实际上，基本原理并不是什么新内容。以前就应用于通信设备上，作为充电方式使 用是一种新方式。使发射侧线圈放射的磁通量与接收侧线圈交叉， 就是前面提到的电磁感应式。发射侧与接收侧在几乎 没有交叉的状态下耦合，耦合系数 k 在 0.01 以下。线 圈间距相当大的状态下，磁共振式使用的是与电磁感 应式基本相同的系统，但却能很好地控制发射 / 接收线 圈尺寸和空间波长、空间磁场分布、传输能量。为确保传输量，线圈形状、尺寸、波长、传输距 离会有一定的限制。如果限制条件遭到破坏，则会因 无法产生谐振而无法传输电能。

与磁场相同，以场为媒介的还有电场。如前所述， 将发射侧和接收侧的 LC 谐振器间的磁场能量作为媒介，可以实现无线电能传输。在发射侧和接收侧分别 设置电极，将电极接近时产生的电场能量作为媒介的 方式也成立。这就是电场耦合。

 如图 3 所示

图3

相向的电极相当于电容器，这是向 极板间的电容施加产生位移电流的高频交流电压，通 过静电感应进行无线电能传输的系统。LC 谐振方面与磁场耦合相同，但是磁场耦合方式 必须通过电流生成磁场，利用电场只要对电极间施加 电压即可。相比磁场耦合方式，其装置具有小型化的 特点。但是，为避免向空气中放电，电场强度存在上限， 静电能量为几焦耳每立方米。适用对象为小功率设备， 不适合 EV 的电能传输系统。

 广播及通信中使用的微波，是天线释放的电能。原本是利用远场传播的远场电磁波系统。1901 年，美 国的尼古拉·特斯拉在无线电塔进行 300kW 电能的传 输实验，但频率为较低的 150kHz，电磁波扩散而以失 败告终。实现无线电能传输，在第二次世界大战中开 发了使用大功率的微波发射雷达之后。1964 年，美国的威廉（William Brown）用自己 发明的整流天线接收了 2.45GHz 的微波电能，并证实 可以将其转换为直流进行电能传输。整流天线可以接 收格状天线元辐射的微波能量，通过正向压降小的肖 特基势垒二极管直接转换成直流电。使用 2.45GHz 和 5.8GHz 频率的情况比较常见，微波炉用磁控管大量产 生微波，成本较低。最近 GaN 等功率半导体的价格降 低了，使用实例也在增多。

图4

 系统构成如图 4 所示，与微波通信基本相同。微波自身具有能在真空中传播的性质，可以将大 功率传输到远方。另一方面，由于电磁波的能量扩散， 需要加大收集扩散的无线电能的天线。EV 等作为交 通工具，存在大小的限制，传输效率无法提升。关于接收后的整流，如果是小功率，可以保持相 当高的效率，因此可以认为微波在小功率无线电能传 输方面是强有力的。包括 EV 在内的大功率无线电能 传输系统，接收后整流的高效化是一大课题。电磁波是否会对生物体产生影响之类的课题也存在。

 光电无线电能传输是以太赫兹频带的激光发射信号，与太阳能电池一样由半导体接收信号，利用半导 体的光伏效应将光能直接转换为电能的电能传输技术。激光可以形成光束，发散角小，能够以较小的衰减进 行远距离能量传播。因此，激光研究与微波相同，主要应用于航空航天领域，近年来正尝试用于如图 5 所示的灾害监控无人机、月球探测车和一般的机器人等 的电能传输。

图5

 通常认为用激光填满空间难以实现。但是，论形 成光束，比起兆赫兹频带的微波，却是高频率激光更 擅长。激光有着发散角小，光束直径基本不会扩大的特点。但是，很难像微波等常用的相控阵方式那样控制 相位，这需要高精度的追踪技术。如果半导体激光灯 能实现相控阵，就可以实现超乎想象的高效率、大功率、 远距离电能传输。只是，这种方法会受到云、雾等气 象条件影响，无法充分发挥激光优越的收敛性及远距 离传输能力。

上述各无线电能传输方式的传输功率和传输距离如图 6 所示。在此展示的是从人体防护角度考虑，辐 射型电磁波方式的受限范围，使用高度安全装置放宽 限制时的应用范围。

图6

 能用于 EV 领域的只有利用磁场的电磁感应式和 磁共振式，以及电场耦合式。但是，电场耦合式因为 电场强度限制，只能用于卡丁车等小功率 EV。现在达到轿车实际应用要求的只有电磁感应式和 磁共振式。输出功率方面，电磁感应式的 200kW 传输 功率得到了实际应用；发射 / 接收线圈的间隙方面，磁 共振式的 50cm 传输距离得以证实。