[實(shí)用新型]一種分?jǐn)?shù)階并-串聯(lián)諧振無(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420156377.1
• 申請(qǐng)日: 2014-03-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203827074U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張波;黃潤(rùn)鴻;丘東元
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02J17/00
• 分類(lèi)號(hào): H02J17/00
• 代理公司: 廣州粵高專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于無(wú)線(xiàn)電能傳輸或無(wú)線(xiàn)輸電技術(shù)的領(lǐng)域，特別涉及一種分?jǐn)?shù)階并-串聯(lián)諧振無(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)。

背景技術(shù)

無(wú)線(xiàn)電能傳輸或無(wú)線(xiàn)輸電技術(shù)早在100多年前就由美國(guó)實(shí)用新型家特斯拉（Nicola?Tesla）在實(shí)驗(yàn)上得到嘗試。2006年，麻省理工學(xué)院（MIT）的研究人員利用物理的共振技術(shù)成功的在2m距離左右以40%的效率點(diǎn)亮了一個(gè)60W的燈泡，該實(shí)驗(yàn)不僅僅是特斯拉實(shí)驗(yàn)的重現(xiàn)，更是無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)的又一個(gè)新突破，并且掀起了無(wú)線(xiàn)電能傳輸研究的熱潮。

無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用前景的電能傳輸方式，具有安全、可靠、靈活、方便等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)日益受到世界各國(guó)的重視，并越來(lái)越廣泛應(yīng)用于各種不適合或不方便使用有導(dǎo)線(xiàn)接觸傳輸電能的地方，如植入式醫(yī)療設(shè)備、移動(dòng)電子產(chǎn)品、機(jī)器人、軌道電車(chē)供電等場(chǎng)合，并有望在不久的將來(lái)能夠在小功率電子產(chǎn)品無(wú)線(xiàn)充電方面取代傳統(tǒng)的插頭充電。

目前的無(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)都是基于整數(shù)階電感、電容實(shí)現(xiàn)的，其諧振頻率只由電感值和電容值決定，因此，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)只需考慮參數(shù)值，無(wú)需考慮元件的階數(shù)，設(shè)計(jì)的自由度比較少。同時(shí)，實(shí)際系統(tǒng)的元件本質(zhì)上是分?jǐn)?shù)階的，但是目前實(shí)際中用的大部分的階數(shù)接近于1，對(duì)于分?jǐn)?shù)階的情況完全忽略。傳統(tǒng)的通過(guò)整數(shù)階的建模來(lái)設(shè)計(jì)無(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)，在某些條件下，理論和實(shí)際的誤差可能會(huì)很大。

分?jǐn)?shù)階器件（如分?jǐn)?shù)階電容和分?jǐn)?shù)階電感）概念的來(lái)源于分?jǐn)?shù)階微積分的產(chǎn)生，而分?jǐn)?shù)階微積分的概念已經(jīng)有300多年的歷史，幾乎與整數(shù)階微積分同時(shí)誕生。但是由于分?jǐn)?shù)階比較復(fù)雜，并且一直沒(méi)有很好的數(shù)值分析工具，因此其一直處于理論分析階段。近幾十年來(lái)，由于生物技術(shù)、高分子材料等的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)整數(shù)階微積分不能很好的解釋自然界存在的現(xiàn)象，因此分?jǐn)?shù)階微積分開(kāi)始得到重視，并開(kāi)始應(yīng)用于工程領(lǐng)域，其在控制領(lǐng)域的研究和應(yīng)用已日益完善。同時(shí)，兩端的分?jǐn)?shù)階器件已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室被制造出來(lái)。但分?jǐn)?shù)階電路與系統(tǒng)一些特殊的性質(zhì)未得到研究，在無(wú)線(xiàn)電能傳輸領(lǐng)域的應(yīng)用更是未被提及。

鑒于目前分?jǐn)?shù)階元件或分?jǐn)?shù)階電路在某些方面的巨大優(yōu)勢(shì)，并且其還未被應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)電能傳輸領(lǐng)域，因此有必要提出一種分?jǐn)?shù)階并-串聯(lián)諧振無(wú)線(xiàn)點(diǎn)電能傳輸系統(tǒng)。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種分?jǐn)?shù)階并-串聯(lián)諧振無(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)。

本實(shí)用新型通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種分?jǐn)?shù)階并-串聯(lián)諧振無(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)，包括高頻功率源、發(fā)射部分、接收部分和負(fù)載，發(fā)射部分包括并聯(lián)連接的原邊分?jǐn)?shù)階電容和原邊分?jǐn)?shù)階電感，原邊分?jǐn)?shù)階電感具有原邊電阻；接收部分包括串聯(lián)連接的副邊分?jǐn)?shù)階電容和副邊分?jǐn)?shù)階電感，副邊分?jǐn)?shù)階電感具有副邊電阻。

所述的一種分?jǐn)?shù)階并-串聯(lián)諧振無(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)，原邊分?jǐn)?shù)階電容、副邊分?jǐn)?shù)階電容的電壓、電流微分關(guān)系均滿(mǎn)足：相位關(guān)系滿(mǎn)足：其中，i_C為分?jǐn)?shù)階電容電流，v_C為分?jǐn)?shù)階電容電壓，α為分?jǐn)?shù)階電容的階數(shù)，并且0＜α≤2，C^α為分?jǐn)?shù)階電容的值。

所述的一種分?jǐn)?shù)階并-串聯(lián)諧振無(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)，原邊分?jǐn)?shù)階電感副邊分?jǐn)?shù)階電感的電壓、電流微分關(guān)系均滿(mǎn)足：相位關(guān)系滿(mǎn)足：其中，v_L為分?jǐn)?shù)階電感的電壓，i_L為分?jǐn)?shù)階電感的電流，β為分?jǐn)?shù)階電感的階數(shù)，并且0＜β≤2，L^β為分?jǐn)?shù)階電感的值。

所述的一種分?jǐn)?shù)階并-串聯(lián)諧振無(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)中，發(fā)射部分和接收部分之間是通過(guò)分?jǐn)?shù)階并-串聯(lián)諧振耦合的方式實(shí)現(xiàn)的無(wú)線(xiàn)電能傳輸。

本實(shí)用新型的工作原理為：發(fā)射部分和接收部分分別由原邊分?jǐn)?shù)階電容原邊分?jǐn)?shù)階電感原邊電阻R_P、副邊分?jǐn)?shù)階電容副邊分?jǐn)?shù)階電感副邊電阻R_S構(gòu)成分?jǐn)?shù)階RLC并-串聯(lián)諧振電路，發(fā)射部分和接收部分通過(guò)諧振耦合的方式實(shí)現(xiàn)電能的無(wú)線(xiàn)傳輸。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用分?jǐn)?shù)階元件實(shí)現(xiàn)的無(wú)線(xiàn)電能傳輸，完全區(qū)別于以往的無(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)，增加了參數(shù)選擇的自由度。

2、通過(guò)選取元件的階數(shù)，可以大大降低無(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)的諧振頻率，從而降低對(duì)電力電子器件的要求，非常有利于實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

3、通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)姆謹(jǐn)?shù)階階數(shù)，可以使傳輸功率更大。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的分?jǐn)?shù)階并-串聯(lián)諧振無(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)的示意圖。

圖2為α=1.2，β=0.9時(shí)的輸出功率與頻率f的關(guān)系曲線(xiàn)。