[发明专利]利用分数阶电感参与调谐的电场耦合式无线电能传输系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线电能传输或无线输电技术的领域，尤其是指一种利用分数阶电感参与调谐的电场耦合式无线电能传输系统。

背景技术

目前无线输电技术主要有电磁感应式、磁共振式、无线电波式、电场耦合式四种基本方式。当前最成熟、最普遍的是电磁感应式，但是电场耦合式无线电能传输的电场分布于电极之间，对周围环境的电磁干扰较小，当电场耦合机构之间或附近存在金属导体时，不会产生相应的涡流损耗，因而有发热少，安全性和传输效率高等优点，因而在植入式医疗设备、电动汽车充电和家用电器等场合都有广泛的运用。电场耦合式无线电能传输是利用通过沿垂直方向耦合的两组非对称偶极子而产生的感应电场来传输电能。为了增大传输功率和提高传输效率，通常还需要对耦合机构进行调谐补偿。

分数阶微积分已经有三百多年的历史，其将微积分的阶次从整数阶推广到分数甚至复数，但由于缺乏数值分析工具，因此一直没有受到关注。近几十年来，随着生物技术、高分子材料等新兴学科的发展，人们发现整数阶微积分不能很好地解释一些自然界存在的现象，故分数阶微积分逐渐得到重视，并开始应用于工程领域，其在控制领域的研究和应用也日益完善。同时，两端分数阶器件已经在实验室被制造出来，分数阶电感的感值和阶数的调节可以通过控制策略实现，与传统的可调整数阶电感相比，调节更加灵活。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种利用分数阶电感参与调谐的电场耦合式无线电能传输系统，该系统通过充分利用分数阶电感感值和阶数可调的优点，在接收极板与发射极板之间电容变化时使系统一直工作在谐振状态。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：利用分数阶电感参与调谐的电场耦合式无线电能传输系统，包括相连的高频功率源和发射模块以及相连的接收模块和负载，所述发射模块和接收模块之间是通过电场耦合的方式实现无线电能传输；所述发射模块包括分数阶电感、第一发射极板、第二发射极板，所述接收模块包括第一接收极板、第二接收极板，其中，所述高频功率源的一端经过分数阶电感与第一发射极板连接，其另一端与第二发射极板连接，所述负载的两端分别连接第一接收极板和第二接收极板，所述第一发射极板与第一接收极板之间形成第一等效传输电容，所述第二发射极板与第二接收极板之间形成第二等效传输电容，且所述分数阶电感与第一等效传输电容、第二等效传输电容谐振，当极板由于位置并非完全固定导致极板并未完全对齐或板间距离变化而引发等效传输电容变化破坏谐振状态时，通过调节分数阶电感的阶数或感值来使系统一直工作在谐振状态。

所述分数阶电感的电压和电流微分关系满足：

相位关系满足：

阻抗为：

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，L_β为分数阶电感的感值，ω为分数阶电感的工作角频率。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、加入分数阶电感，在设计调谐网络时简单方便。

2、分数阶电感参与的调谐网络使系统一直工作在谐振状态下，系统能一直保持在高效率的情况下运作。

附图说明

图1为本发明的具体实施电路图。

图2为本发明的简化分析电路图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。