[實用新型]一種利用分數階電感抵消內阻的分數階無線電能傳輸系統

有效

• 申請號: 201621249088.1
• 申請日: 2016-11-17
• 公開（公告）號: CN206272349U
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 張波;江彥偉
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 羅觀祥

技術領域

本實用新型涉及無線電能傳輸或無線輸電技術的領域，尤其是指一種利用分數階電感抵消內阻的分數階無線電能傳輸系統。

背景技術

無線電能傳輸技術可以實現電源與用電設備之間的完全電氣隔離，具有安全、可靠、靈活的優點。早在19世紀末，尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)便利用無線電能傳輸原理，在沒有任何導線連接的情況下點亮了燈泡.基于磁耦合諧振式的無線電能傳輸是MIT的學者在無線電能傳輸領域取得的突破性進展，自2007年被公開發表以來在無線電能傳輸領域引起了非常大的反響，越來越多的學者加入到無線電能傳輸技術的基礎研究和應用開發中來。在目前的諧振式無線電能傳輸系統中，諧振電路的內阻是影響無線電能傳輸的重要因素，如何降低電路內阻是無線電能傳輸領域的一個重要難題。

分數階微積分已經有300多年的歷史，其將微積分的階次從整數階推廣到分數甚至復數。分數階電感的概念由分數階微積分的概念而來，與傳統的整數階電感不同，分數階電感包括感值和階數兩個參數，這使得分數階電感的設計自由度比整數階電感多，具備一些傳統整數階電感不具備的性質。比如分數階電感在特定的參數范圍內，具有負電阻的分量。因此將具有負電阻分量的分數階電感應用于無線電能傳輸系統中，對于降低諧振電路內阻具有重大意義。

發明內容

本實用新型的目的在于克服現有技術的缺點和不足，提供一種利用分數階電感抵消內阻的分數階無線電能傳輸系統，采用分數階電感分別串聯在發射電路和接收電路中，同時利用分數階電感在特定參數范圍下具有負電阻分量的性質，實現部分或全部抵消電路內阻。

為實現上述目的，本實用新型所提供的技術方案為：一種利用分數階電感抵消內阻的分數階無線電能傳輸系統，包括原邊電路和副邊電路，所述原邊電路包括相連接的高頻功率源和發射電路，所述副邊電路包括相連接的接收電路和負載；所述發射電路是由串聯連接的原邊分數階電感L_β1、原邊電容C₁、原邊電路內阻R_S1構成的原邊串聯諧振電路，所述原邊電路內阻R_S1是指除副邊反射到原邊的電阻外的發射電路所有正電阻；所述接收電路是由串聯連接的副邊分數階電感L_β2、副邊電容C₂、副邊電路內阻R_S2構成的副邊串聯諧振電路，所述副邊電路內阻R_S2為包括副邊電容內阻在內的接收電路所有正電阻；所述發射電路和接收電路通過諧振耦合的方式實現電能的無線傳輸，且在所述原邊分數階電感L_β1和副邊分數階電感L_β2之中，至少有一個分數階電感除了工作在與電容諧振的狀態，還用于抵消所在串聯諧振電路的內阻。

所述原邊分數階電感L_β1和副邊分數階電感L_β2的電壓電流微分關系均滿足：

相位關系滿足：

阻抗為：

其中i_L為分數階電感電流，v_L為分數階電感電壓，β為分數階電感階數，并且0＜β≤2，L_β為分數階電感容值，w為分數階電感的工作角頻率。

所述原邊和副邊電路的等效內阻分別為：

式中為分數階電感L_β1阻抗的實部分量，為分數階電感L_β2阻抗的實部分量；

所述原邊電路的等效內阻是指包括除副邊反射到原邊的電阻之外的原邊電路輸入阻抗的電阻分量，所述副邊電路的等效內阻是指包括除負載之外的副邊電路輸出阻抗的電阻分量。

所述原邊分數階電感L_β1的參數不僅需要滿足與原邊電容諧振的條件：

用于抵消原邊電路內阻R_S1時，分數階電感參數還需滿足：

0≤Z_eqs1＜R_S1

即：

此時原邊分數階電感的阻抗具有負電阻的分量，因此能夠用于抵消原邊電路內阻；而且當時即原邊等效內阻Z_eqs1＝0，原邊分數階電感剛好全部抵消原邊電路內阻R_S1。

所述副邊分數階電感L_β2的參數不僅需要滿足與副邊電容諧振的條件：