[实用新型]一种整数阶和分数阶并-串联谐振无线电能传输系统

说明书

技术领域

本实用新型属于无线电能传输或无线输电技术的领域，特别涉及一种整数阶和分数阶并-串联谐振无线电能传输系统。

背景技术

无线电能传输或无线输电技术早在100多年前就由美国实用新型家特斯拉（Nicola Tesla）在实验上得到尝试。2006年，麻省理工学院（MIT）的研究人员利用物理的共振技术成功的在2m距离左右以40%的效率点亮了一个60W的灯泡，该实验不仅仅是特斯拉实验的重现，更是无线电能传输技术的又一个新突破，并且掀起了无线电能传输研究的热潮。

目前的无线电能传输系统都是基于整数阶电感、电容实现的，其谐振频率只由电感值和电容值决定，因此，其系统设计只需考虑参数值，无需考虑元件的阶数，设计的自由度比较少。同时，实际系统的元件本质上是分数阶的，但是目前实际中用的大部分的阶数接近于1，对于分数阶的情况完全忽略。传统的通过整数阶的建模来设计无线电能传输系统，在某些条件下，理论和实际的误差可能会很大。

分数阶器件（例如分数阶电容和分数阶电感）概念的来源于分数阶微积分的产生，而分数阶微积分的概念已经有300多年的历史，几乎与整数阶微积分同时诞生。但是由于分数阶比较复杂，并且一直没有很好的数值分析工具，因此其一直处于理论分析阶段。近几十年来，由于生物技术、高分子材料等的发展，人们发现整数阶微积分不能很好的解释自然界存在的现象，因此分数阶微积分开始得到重视，并开始应用于工程领域，其在控制领域的研究和应用已日益完善。同时，两端的分数阶器件已经在实验室被制造出来。但分数阶电路与系统一些特殊的性质未得到研究，在无线电能传输领域的应用更是未被提及。

鉴于目前分数阶元件或分数阶电路在某些方面的巨大优势，并且其还未被应用于无线电能传输领域，因此有必要提出一种整数阶和分数阶并-串联谐振无线电能传输系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种整数阶和分数阶并-串联谐振无线电能传输系统。

本实用新型通过如下技术方案实现：

一种整数阶和分数阶并-串联谐振无线电能传输系统，包括高频功率源、发射部分、接收部分和负载，发射部分包括并联连接的原边分数阶电容和原边分数阶电感，原边分数阶电感具有原边电阻；接收部分包括串联连接的副边整数阶电容和副边整数阶电感，副边整数阶电感具有副边电阻。

所述的一种整数阶和分数阶并-串联谐振无线电能传输系统，原边分数阶电容副边分数阶电容的电压、电流微分关系均满足：相位关系满足：其中，i_C为分数阶电容电流，v_C为分数阶电容电压，α为分数阶电容的阶数，并且0＜α≤2，C^α为分数阶电容的值。公式中α＝1时即为所述的整数阶电容所满足的关系。

所述的一种整数阶和分数阶并-串联谐振无线电能传输系统，原边分数阶电感副边分数阶电感的电压、电流微分关系均满足：相位关系满足：其中，v_L为分数阶电感的电压，i_L为分数阶电感的电流，β为分数阶电感的阶数，并且0＜β≤2，L^β为分数阶电感的值。公式中β＝1时即为所述的整数阶电感所满足的关系。

所述的一种整数阶和分数阶并-串联谐振无线电能传输系统中，发射部分和接收部分之间是通过并-串联谐振耦合的方式实现的无线电能传输。

本实用新型的工作原理为：发射部分由原边分数阶电容原边分数阶电感原边电阻R_P构成RLC并联谐振电路，接收部分由副边整数阶电容C_S、副边整数阶电感L_S、副边电阻R_S构成RLC串联谐振电路。发射部分和接收部分通过谐振耦合的方式实现电能的无线传输。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：结构简单，采用分数阶元件实现的无线电能传输，完全区别于以往的无线电能传输系统，增加了参数设计的自由度。

附图说明

图1为本实用新型的具体实施电路。

图2为α=1.2，β=0.9时实施例1的输出功率与频率f的关系曲线。

图3为α=0.8，β=0.9时实施例1的传输效率与频率f的关系曲线。

图4为α=1.2，β=1.5时实施例1的输出功率与频率f的关系曲线。

图5为α=0.9，β=1.2时实施例1的输出功率与频率f的关系曲线。

具体实施方案