[發明專利]一種串聯型自治電磁場雙耦合無線電能傳輸系統

在審

• 申請號: 201911301567.1
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN110943549A
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 張波;疏許健;江彥偉;魏芝浩
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02J50/10
• 分類號: H02J50/10;H02J50/12;H02J50/05
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

1.一種串聯型自治電磁場雙耦合無線電能傳輸系統，其特征在于：所述系統包括分數階發射電路、分數階串聯型接收電路和負載(R_L)，所述分數階串聯型接收電路與負載(R_L)相連；所述分數階發射電路由串聯連接的階數大于1的原邊分數階電感線圈(L_β1)、第一單端耦合電容金屬極板、階數小于或等于1的原邊分數階補償電容(C_α1)、和第二單端耦合電容金屬極板構成；所述原邊分數階電感線圈(L_β1)具有負電阻的性質，在為整個系統提供能量的同時，還參與磁場耦合傳遞能量到分數階串聯型接收電路，且在階數保持固定時，其工作頻率和感值能夠自動跟隨系統參數變化，使系統的傳輸效率和輸出功率對系統參數變化具有強魯棒性，恒定不變；所述原邊分數階電感線圈(L_β1)的視在功率恒定，具有兩種工作模式：一是分數階電感線圈的階數恒定，工作頻率和感值自動跟隨系統參數變化以保持分數階電感線圈自身穩定工作，二是工作頻率固定，階數和感值自動跟隨系統參數變化以保持分數階電感線圈自身穩定工作；所述分數階串聯型接收電路由串聯連接的階數小于或等于1的副邊分數階電感線圈(L_β2)、第三單端耦合電容金屬極板、階數小于或等于1的副邊分數階補償電容(C_α2)和第四單端耦合電容金屬極板構成，其電流增益恒定不變，輸出功率和傳輸效率恒定不變的耦合區間取決于負載電阻，負載電阻越小，臨界耦合距離就越遠，有利于實現更大功率負載的遠距離無線供電；所述第一單端耦合電容金屬極板與第三單端耦合電容金屬極板配成一對相互作用的耦合電容金屬極板(C_c1)，所述第二單端耦合電容金屬極板與第四單端耦合電容金屬極板配成另一對相互作用的耦合電容金屬極板(C_c2)；所述原邊分數階電感線圈(L_β1)和副邊分數階電感線圈(L_β2)之間通過磁場耦合傳遞電能，同時兩對耦合電容金屬極板(C_c1、C_c2)各自之間產生位移電流，通過電場耦合傳輸電能，且以上兩種耦合方式產生的耦合機制相互疊加，為負載(R_L)進行無線供電。

2.根據權利要求1所述的一種串聯型自治電磁場雙耦合無線電能傳輸系統，其特征在于：所述原邊分數階電感線圈(L_β1)和副邊分數階電感線圈(L_β2)的電壓、電流微分關系滿足：相位關系滿足：其中，i_Ln為分數階電感線圈的電流，u_Ln為分數階電感線圈的電壓，L_βn為分數階電感線圈的感值，為分數階電感線圈的相位，β_n為分數階電感線圈的階數，并且1<β₁<2，0<β₂≤1，其中，n＝1或2分別表示發射電路或接收電路。

3.根據權利要求1所述的一種串聯型自治電磁場雙耦合無線電能傳輸系統，其特征在于：所述原邊分數階補償電容(C_α1)和副邊分數階補償電容(C_α2)的電壓、電流微分關系滿足：相位關系滿足：其中，i_Cn為分數階補償電容的電流，u_Cn為分數階補償電容的電壓，C_αn為分數階補償電容的容值，為分數階補償電容的相位，α_n為分數階補償電容的階數，并且0<α_n≤1，其中，n＝1或2分別表示發射電路或接收電路。

4.根據權利要求1所述的一種串聯型自治電磁場雙耦合無線電能傳輸系統，其特征在于：當原邊分數階電感線圈(L_β1)、副邊分數階電感線圈(L_β2)在階數為1時，即為整數階電感線圈；當原邊分數階補償電容(C_α1)、副邊分數階補償電容(C_α2)在階數為1時，即為整數階電容。