前沿科技：多负载无线电能传输系统的技术瓶颈与未来发展
Cutting Edge Technology: Technical Bottleneck And Future Development of Multi Load Radio Power Transmission System
多负载无线电能传输技术是近年来研究热点之一，它作为无线电能传输中的一个关键技术，广泛应用于移动设备、智能家居、电动汽车等领域，具有广阔的应用范围和研究前景。无线电能传输（Wireless Power Transfer, WPT）技术无需导线或者其他物理连接，通过空间将电能直接传输到负载，具有输电灵活方便等优势。1893年，特斯拉在哥伦比亚世界博览会上首次隔空点亮一盏灯，标志着电能无线传输成为可能。目前，WPT系统的供电对象大多以单个负载为主，通常包括单发射线圈和多发射线圈两种形式，主要应用于便携式电子设备、家用电器、电动汽车、植入式医疗电源等领域。
然而，单负载WPT系统存在以下几方面的不足：①负载唯一，只能进行“点对点”式的无线电能传输，系统的利用率较低；②位置敏感，感应式或谐振式单负载WPT系统仅在发射线圈和接收线圈同轴正对时才能获得最高传输效率，当线圈发生偏移时，传输效率将明显下降；③空间自由度低，单负载WPT系统的发射端一旦固定，接收端的位置也随之固定，难以满足负载位置灵活多变的要求。
同时，随着具有无线接收电能功能的电气电子产品日益增加，如物联网（Internet of Things, IoT）中的传感器，单负载WPT系统无法满足多台设备同时需要无线供电的要求。
因此，多负载WPT成为近年来无线电能传输技术的研究热点之一。多负载WPT系统主要包括单输入多输出和多输入多输出两种形式，发射线圈通过产生足够大的平面磁场，使多个接收线圈同时拾取电能，或产生全方向的空间磁场，使位于发射线圈周围任意位置的负载均能接收电能。随着多负载WPT技术的发展成熟，接收无线电能将像接收Wi-Fi信号一样方便，尤其适用于智能家居、机场、咖啡厅等公共场所，显然，多负载WPT系统的应用前景非常广阔。
在实际的多负载WPT系统中，各接收线圈大小可能不一，与发射线圈之间耦合程度不尽相同，且负载所需能量存在差异。因此，多负载WPT系统具有负载多样性。同时，接收线圈所处位置各不相同，因此多负载WPT系统需具有多方向性，保证电能向多个方向传输。此外，多负载WPT系统通常采用多个发射线圈，需要多个多组驱动信号，而发射线圈之间往往存在交叉耦合，增加了系统控制的复杂性。
在电子设备日益增多的时代，多负载无线电能传输越来越受到人们的青睐。目前，多负载WPT系统仍然存在诸如空间自由度不够、发射端和接收端体积庞大、传输效率低、负载互相干扰、功率分配不合理等缺陷。未来，随着以下关键技术的解决和新兴技术的应用，多负载WPT系统将获得更大的发展。