无线电力传输（WPT），无线供电，无线能量传输（WET）或电磁电力传输是无需电线作为物理链路的电能传输。 在无线电力传输系统中，由来自电源的电力驱动的发射器装置产生时变电磁场，其跨空间将电力传输到接收器装置，该接收器装置从场提取电力并将其供应给电力。加载。 无线电力传输对于电气设备的供电是有用的，其中互连电线不方便，危险或不可能。
无线电力技术主要分为两类，非辐射和辐射。 在近场或非辐射技术中，使用线圈之间的电感耦合或通过使用金属电极之间的电容耦合的电场，通过磁场在短距离上传输功率。 电感耦合是最广泛使用的无线技术; 其应用包括为手持设备充电，如电话和电动牙刷，RFID标签，无线充电或植入式医疗设备（如人工心脏起搏器或电动车辆）的连续无线电力传输。
在远场或辐射技术中，也称为功率发射，通过电磁辐射束（如微波或激光束）传输功率。 这些技术可以传输更长距离的能量，但必须瞄准接收器。 拟议的此类应用是太阳能卫星和无线动力无人机。
与所有无线电力系统相关的一个重要问题是限制人和其他生物暴露于潜在的有害电磁场。
场
电场和磁场由诸如电子的物质中的带电粒子产生。 静止电荷在其周围的空间中产生静电场。 稳定的电荷电流（直流电，直流电）会在其周围产生静电磁场。 上述领域包含能量，但由于它们是静态的，所以不能携带电力。 然而，时变场可以携带电力。 加速电荷，例如在电线中的电子的交流电（AC）中发现的电荷，在它们周围的空间中产生随时间变化的电场和磁场。 这些场可以在接收“天线”中的电子上施加振荡力，使它们来回移动。 这些表示可用于为负载供电的交流电。
围绕天线装置中的移动电荷的振荡电场和磁场可以根据距天线的距离D 范围分成两个区域。 区域之间的界限有些模糊。 这些区域在这些区域具有不同的特征，并且使用不同的技术来传输电力：
近场或非辐射区域 – 这意味着天线在大约1波长（λ）内的区域。 在该区域中，振荡的电场和磁场是分开的，并且功率可以通过电场通过金属电极之间的电容耦合（静电感应）传递，或者通过线圈之间的电感耦合（电磁感应）通过磁场传递。 这些场不是辐射的，这意味着能量保持在发射机的短距离内。如果在其有限范围内没有接收装置或吸收材料“耦合”，则没有电源离开发射器。 这些场的范围很短，并且取决于“天线”装置的尺寸和形状，“天线”装置通常是线圈。 这些场以及因此传输的功率随着距离呈指数减小，因此如果两个“天线” D 范围之间的距离远大于“天线” D的直径，则将接收非常小的功率。 因此，这些技术不能用于长距离电力传输。
共振，例如谐振电感耦合，可以极大地增加天线之间的耦合，允许在稍微更远的距离处进行有效传输，尽管场仍然呈指数减小。 因此，近场设备的范围通常分为两类：
短程 – 最多约一个天线直径： D 范围 ≤Dant 。 这是普通非共振电容或电感耦合可以传输实际功率量的范围。
中频 – 天线直径的10倍： D 范围 ≤10D 蚂蚁 。 这是谐振电容或电感耦合可以传输实际功率量的范围。
远场或辐射区域 – 超过天线的约1波长（λ），电场和磁场彼此垂直并作为电磁波传播; 例如无线电波，微波或光波。 这部分能量是辐射的，这意味着它离开天线是否有接收器吸收它。 未撞击接收天线的能量部分消散并丢失到系统中。 由天线作为电磁波发射的功率量取决于天线尺寸Dant与波λ的波长之比，其由频率λ= c / f确定。 在天线远小于波的尺寸的低频f处， D ant <<λ，辐射的功率非常小。 因此，使用较低频率的上述近场设备几乎不会将其能量作为电磁辐射辐射。 与波长Dant≈λ大小相同的天线，如单极天线或偶极天线，有效辐射功率，但电磁波在所有方向（全向）辐射，所以如果接收天线距离很远，只有少量的天线辐射会击中它。 因此，这些可用于短距离，低效的电力传输，但不能用于长距离传输。
然而，与场不同，电磁辐射可以通过反射或折射聚焦成光束。 通过使用高增益天线或光学系统将辐射集中到针对接收器的窄光束中，它可用于长距离电力传输。 根据瑞利准则，为了产生将大量能量聚焦在远处接收器上所需的窄波束，天线必须远大于所用波的波长： D ant >>λ= c / f。 实际的光束功率器件需要在厘米区域或更低的波长，对应于1GHz以上的频率，在微波范围内或更高。
近场（非辐射）技术
在较大的相对距离处，电场和磁场的近场分量是近似准静态振荡偶极场。 这些场随着距离的立方减小：（ D range / D ant ）-3由于功率与场强的平方成正比，所以传递的功率随着（ D range / D ant ）-6而减小。 或每十年60 dB。 换句话说，如果相距很远，两个天线之间的距离加倍会使接收到的功率减少2 6 = 64倍。因此，电感和电容耦合只能用于短距离功率传输，天线装置D ant的直径的几倍。 与在偶极天线横向于传播方向取向时发生最大辐射的辐射系统不同，在偶极场中，当偶极子纵向取向时发生最大耦合。
电感耦合
在电感耦合（电磁感应或感应电力传输，IPT）中，通过磁场在线圈之间传递电力。 发射器和接收器线圈一起形成变压器（见图）。 通过发射器线圈（L1）的交流电（AC）通过安培定律产生振荡磁场（B）。 磁场通过接收线圈（L2），在那里它通过法拉第感应定律引发交流EMF（电压），从而在接收器中产生交流电流。 感应交流电可以直接驱动负载，或者通过接收器中的整流器整流成直流电（DC），从而驱动负载。 一些系统，例如电动牙刷充电支架，工作在50/60赫兹，因此交流电源电流直接施加到发射器线圈，但在大多数系统中，电子振荡器产生更高频率的交流电流，驱动线圈，因为传输效率随频率提高。
电感耦合是最古老和最广泛使用的无线电源技术，实际上是迄今为止唯一一种用于商业产品的技术。它用于感应充电支架，用于潮湿环境中的无绳电器，如电动牙刷和剃须刀，以降低电击风险。 另一个应用领域是对植入人体的生物医学假体装置（例如心脏起搏器和胰岛素泵）进行“经皮”再充电，以避免电线穿过皮肤。 它还用于为诸如汽车之类的电动车辆充电，或者为公共汽车和火车等运输车辆充电或供电。
然而，增长最快的是无线充电垫，用于为移动和手持无线设备充电，例如笔记本电脑和平板电脑，手机，数字媒体播放器和视频游戏控制器。
传输的功率随频率和互感而增加
普通的电感耦合只能在线圈非常靠近时才能实现高效率，通常是相邻的。 在大多数现代感应系统中，使用谐振电感耦合，其中通过使用谐振电路来提高效率。 与非共振电感耦合相比，这可以在更远的距离上实现高效率。
谐振电感耦合
谐振电感耦合（电动耦合，强耦合磁共振）是一种电感耦合形式，其中功率通过两个谐振电路（调谐电路）之间的磁场（B，绿色）传递，一个在发射器中，一个在接收器中（见图，右）。 每个谐振电路由连接到电容器的线圈或自谐振线圈或具有内部电容的其他谐振器组成。 两者被调谐为以相同的共振频率共振。 线圈之间的共振可以极大地增加耦合和功率传递，类似于振动音叉可以在调谐到相同音高的远叉中引起交感振动的方式。
Nikola Tesla在20世纪初的无线功率传输开创性实验中首次发现了谐振耦合，但是最近才探索使用谐振耦合来增加传输范围的可能性。 2007年，麻省理工学院的MarinSoljačić领导的一个小组使用了两个耦合的调谐电路，每个电路由一个10厘米的25厘米自谐振线圈制成，以在2米（6.6英尺）的距离内实现60瓦的功率传输（线圈直径的8倍）效率约为40％。 Soljačić成立了WiTricity公司（该技术团队使用的名称相同），该公司试图将该技术商业化。
谐振电感耦合系统背后的概念是高Q因子谐振器以比由于内部阻尼导致的能量损失高得多的速率交换能量。 因此，通过使用谐振，使用在近场的周边区域（“尾部”）中出来的弱得多的磁场（这些有时被称为渐逝场），可以在更远的距离处传递相同量的功率。 谐振电感耦合可以在线圈直径（ D ant ）的4到10倍的范围内实现高效率。 这称为“中程”传输，与非共振感应传输的“短程”相反，非线性感应传输仅在线圈相邻时才能实现类似的效率。 另一个优点是谐振电路彼此之间的相互作用比非谐振物体更强烈地相互作用，由于在附近的杂散物体中的吸收造成的功率损耗可以忽略不计。
谐振耦合理论的一个缺点是，在两个谐振电路紧密耦合时的近距离范围内，系统的谐振频率不再是恒定的，而是“分裂”成两个谐振峰值，因此最大功率传输不再发生在原始谐振峰值处。必须将谐振频率和振荡器频率调谐到新的谐振峰值。 使用这种移位峰值的情况称为“单谐振”。 还使用了“单谐振”系统，其中只有次级是调谐电路。 这种现象的原理也称为“（磁）相位同步”，并且从1993年左右开始在日本开始实际应用AGV。现在，麻省理工学院研究人员提出的高谐振概念仅应用于二次侧谐振器，实现了高效宽间隙大功率无线电力传输系统，用于SCMaglev的感应电流集电器。
谐振技术目前正广泛应用于现代感应无线电力系统中。 设想用于该技术的可能性之一是区域无线功率覆盖。 房间的墙壁或天花板中的线圈可以以合理的效率无线地为房间中的任何地方的灯和移动设备供电。 为时钟，收音机，音乐播放器和遥控器等小型设备提供无线供电的环境和经济效益是它可以大幅减少每年处理的60亿个电池，这是有毒废物和地下水污染的主要来源。
电容耦合
在电容耦合（静电感应）中，电感耦合的共轭，能量通过诸如金属板的电极之间的电场传输。 发射器和接收器电极形成电容器，中间空间作为电介质。 由发射器产生的交流电压施加到发射板，并且振荡电场通过静电感应在接收器板上感应出交变电势，这导致交流电流在负载电路中流动。 传递的功率量随着电压的平方和板之间的电容的频率而增加，其与较小板的面积成比例并且（对于短距离）与分离成反比。
电容耦合实际上仅在少数低功率应用中使用，因为传输大功率所需的电极上的非常高的电压可能是危险的，并且可能导致令人不快的副作用，例如有害的臭氧产生。 另外，与磁场相比，由于介电极化，电场与包括人体在内的大多数材料强烈相互作用。 在人类可能引起过度电磁场暴露的情况下，在电极之间或附近的干预材料可以吸收能量。 然而，电容耦合相对于电感耦合具有一些优点。 该场主要限制在电容器板之间，减少了干扰，在电感耦合中需要重铁氧体“磁通限制”核心。 此外，发射器和接收器之间的对准要求不太重要。 最近，电容耦合已经应用于对电池供电的便携式设备充电以及生物医学植入物中的充电或连续无线功率传输，并且被认为是在集成电路中的衬底层之间传输功率的手段。
已经使用了两种类型的电路：
双极设计：在这种类型的电路中，有两个发射器板和两个接收器板。 每个发射器板耦合到接收器板。发射器振荡器通过高交流电压以相反的相位（180°相位差）驱动发射器板，并且负载连接在两个接收器板之间。 交变电场在接收器板中引起反相交流电位，并且这种“推 – 拉”动作导致电流在板之间通过负载来回流动。 这种无线充电配置的缺点是接收装置中的两个板必须与充电器板面对面对准，以使装置工作。
单极设计：在这种类型的电路中，发射器和接收器只有一个有源电极，接地或大型无源电极用作电流的返回路径。 发射器振荡器连接在有源和无源电极之间。 负载也连接在有源和无源电极之间。 由发射器产生的电场通过静电感应在负载偶极子中引起交变电荷位移。
谐振电容耦合
共振也可以与电容耦合一起使用以扩展范围。 在20世纪之交，尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）首次进行了谐振电感耦合和电容耦合实验。
磁力耦合
在该方法中，功率在两个旋转电枢之间传输，一个在发射器中，一个在接收器中，它们同步旋转，通过由电枢上的永磁体产生的磁场耦合在一起。 变送器电枢由电动机的转子或作为电动机的转子转动，并且其磁场在接收器电枢上施加扭矩，使其转动。 磁场的作用类似于电枢之间的机械耦合。 接收器电枢通过转动单独的发电机或通过将接收器电枢本身用作发电机中的转子来产生驱动负载的功率。
已经提出该装置作为用于电动车辆的非接触式充电的感应电力传输的替代方案。 嵌入车库地板或路缘石中的旋转电枢将使车辆下侧的接收器电枢转动以对其电池充电。 据称，该技术可以在10至15厘米（4至6英寸）的距离内传输功率，效率高达90％以上。 而且，由旋转磁体产生的低频杂散磁场对电子设备产生的电磁干扰小于由电感耦合系统产生的高频磁场。 自2012年以来，不列颠哥伦比亚大学一直在运行为电动汽车充电的原型系统。然而，其他研究人员声称，这两种能量转换（电气再到机械再到电气）使得系统效率低于电感耦合等电气系统。
远场（辐射）技术
远场方法实现更长的范围，通常是多公里范围，其中距离远大于设备的直径。 高方向性天线或准直激光产生的能量束可以与接收区域的形状相匹配。 天线的最大方向性受到衍射的物理限制。
通常，可见光（来自激光器）和微波（来自专门设计的天线）是最适合能量传递的电磁辐射形式。
组件的尺寸可以由发射器到接收器的距离，波长以及标准射频天线设计中使用的瑞利标准或衍射极限决定，其也适用于激光器。 艾里的衍射极限也经常用于确定距离孔径的任意距离处的近似光斑尺寸。电磁辐射在较短波长（较高频率）下的衍射较少; 因此，例如，蓝色激光的衍射小于红色激光。
瑞利准则规定任何无线电波，微波或激光束都会在距离上扩散并变弱和扩散; 与辐射波长相比，发射器天线或激光器孔径越大，光束越紧，它作为距离的函数就会越小（反之亦然）。 较小的天线也会因旁瓣而遭受过多损失。 然而，激光孔径的概念与天线有很大不同。 通常，远大于波长的激光孔径引起多模辐射，并且在发射的辐射耦合到光纤或空间之前使用大多数准直器。
最终，由于碟形尺寸相对于用于制造光束的电磁辐射的波长，波束宽度在物理上由衍射确定。
微波功率发射比激光更有效，并且不易受灰尘或水蒸气引起的大气衰减。
这里，通过将上述参数组合在一起来计算功率电平，并且由于天线特性和辐射通过的介质的透明度和色散而增加了增益和损耗。 该过程称为计算链接预算。
微波炉
通过无线电波的功率传输可以更加方向性，允许更长距离的功率发射，具有更短波长的电磁辐射，通常在微波范围内。 可以使用rectenna来将微波能量转换回电能。 已经实现了超过95％的整流天线转换效率。 已经提出使用微波进行功率发射以将来自轨道太阳能卫星的能量传输到地球，并且已经考虑向离开轨道的航天器发射功率。
通过微波进行的功率发射具有以下困难：对于大多数空间应用，由于衍射限制天线方向性，所需的孔径尺寸非常大。 例如，1978年NASA对太阳能卫星的研究需要一个直径为1千米（0.62英里）的发射天线和一个直径为10千米（6.2英里）的接收天线，用于2.45 GHz的微波波束。 通过使用较短波长可以稍微减小这些尺寸，尽管短波长可能难以通过雨水或水滴吸收大气吸收和光束。 由于“稀疏阵列诅咒”，通过组合几个较小卫星的波束不可能制造更窄的波束。
对于地面应用，大面积直径10 km的接收阵列允许使用较大的总功率水平，同时在建议用于人体电磁辐射安全的低功率密度下工作。 在10km直径区域分布的人体安全功率密度1mW / cm2对应于750兆瓦的总功率水平。 这是许多现代发电厂的功率水平。
激光器
在电磁辐射更接近光谱的可见区域（数十微米到数十纳米）的情况下，可以通过将电转换成激光束来传输功率，然后激光束指向光伏电池。 这种机制通常被称为“功率发射”，因为功率在接收器处发射，接收器可以将其转换为电能。 在接收器处，应用了针对单色光转换而优化的特殊光伏激光功率转换器。
与其他无线方法相比的优点是：
准直的单色波前传播允许窄光束横截面区域用于远距离传输。
紧凑的尺寸：固态激光器适合小型产品。
对现有的无线电通信（如Wi-Fi和手机）没有射频干扰。
访问控制：只有受激光器接收的接收器才能接收电源。
缺点包括：
激光辐射是危险的。 低功率水平会使人类和其他动物失明。 通过局部点加热可以消除高功率水平。
电和光之间的转换是有限的。 光伏电池的效率达到40％-50％。 （激光转换为电能的转换效率远高于太阳光转化为电能的转换效率）。
大气吸收，云，雾，雨等的吸收和散射导致高达100％的损失。
需要与目标直接视线。 （不是直接在接收器上发射，激光也可以由光纤引导。然后人们谈到光纤上的技术。）
大气等离子通道耦合
在大气等离子体通道耦合中，通过电离空气的电传导在两个电极之间传递能量。 当两个电极之间存在电场梯度时，在海平面大气压下每厘米超过34千伏，会产生电弧。 这种大气电介质击穿导致电流沿着随机轨迹流过两个电极之间的电离等离子体通道。 一个例子是自然闪电，其中一个电极是云中的虚拟点，另一个是地球上的一个点。 激光诱导等离子体通道（LIPC）研究目前正在使用超快激光器来人工促进通过空气的等离子体通道的发展，引导电弧，并以可控的方式引导电流通过特定路径。 激光能量降低了大气介电击穿电压，并且通过过热使空气的绝缘性降低，这降低了空气灯丝的密度p。
正在探索这一新工艺，用作激光避雷针，以及作为从云中触发闪电的手段，用于自然闪电通道研究，人工大气传播研究，作为传统无线电天线的替代品，用于与电焊相关的应用。加工，用于从高压电容器放电转移电力，用于通过地面返回路径进行电传导的定向能武器应用，以及电子干扰。
能量收集
在无线电力的背景下，能量收集（也称为电力收集或能量清除）是将环境能量从环境转换为电能，主要用于为小型自主无线电子设备供电。环境能量可能来自杂散电或磁来自附近电气设备的场或无线电波，光，热能（热）或动能，如设备的振动或运动。 虽然转换效率通常很低，而且功率通常很小（毫瓦或微瓦），但它可以足以运行或充电小型微功率无线设备，如远程传感器，这些设备在许多领域正在激增。 正在开发这种新技术，以消除对这种无线设备的电池更换或充电的需要，使其能够完全自主地操作。