[发明专利]一种分数阶串联型电场耦合无线电能传输系统

权利要求书

1.一种分数阶串联型电场耦合无线电能传输系统，其特征在于：所述系统包括高频功率电压源(U_s)、分数阶串联型发射电路、分数阶串联型接收电路和耦合电容金属极板，所述高频功率电压源(U_s)与分数阶串联型发射电路相连，所述分数阶串联型发射电路和分数阶串联型接收电路通过并联的两个耦合电容金属极板(C_c1、C_c2)相连，进而通过电场耦合方式实现无线电能传输；所述分数阶串联型发射电路为由原边分数阶电感(L_β1)和原边分数阶补偿电容(C_α1)串联连接构成的谐振电路，所述分数阶串联型接收电路为由副边分数阶电感(L_β2)、副边分数阶补偿电容(C_α2)和负载(R_L)串联连接构成的谐振电路，通过调节分数阶元件的阶数，能够实现自然恒流输出及提高系统的输出功率。

2.根据权利要求1所述的一种分数阶串联型电场耦合无线电能传输系统，其特征在于：所述原边分数阶电感(L_β1)和副边分数阶电感(L_β2)的电压、电流微分关系满足：相位关系满足：其中，i_Ln为分数阶电感的电流，u_Ln为分数阶电感的电压，L_βn为分数阶电感的感值，为分数阶电感的相位，β_n为分数阶电感的阶数，并且0<β_n≤2，其中，n＝1或2分别表示发射电路或接收电路。

3.根据权利要求1所述的一种分数阶串联型电场耦合无线电能传输系统，其特征在于：所述原边分数阶补偿电容(C_α1)，副边分数阶补偿电容(C_α2)的电压、电流微分关系满足：相位关系满足：其中，i_Cn为分数阶补偿电容的电流，u_Cn为分数阶补偿电容的电压，C_αn为分数阶补偿电容的容值，为分数阶补偿电容的相位，α_n为分数阶补偿电容的阶数，并且0<α_n≤2，其中，n＝1或2分别表示发射电路或接收电路。

4.根据权利要求1所述的一种分数阶串联型电场耦合无线电能传输系统，其特征在于：所述原边分数阶补偿电容(C_α1)和副边分数阶补偿电容(C_α2)的电容值与负载(R_L)和距离无关，对变负载和变距离具有双重优势。

5.根据权利要求1所述的一种分数阶串联型电场耦合无线电能传输系统，其特征在于：所述系统的谐振频率取决于分数阶元件的阶数，与负载(R_L)无关，通过调节分数阶元件的阶数能降低系统的谐振频率，从而降低系统对高频电压源的设计要求。

6.根据权利要求1所述的一种分数阶串联型电场耦合无线电能传输系统，其特征在于：当原边分数阶电感(L_β1)、副边分数阶电感(L_β2)在阶数为1时，即为整数阶电感；当原边分数阶补偿电容(C_α1)、副边分数阶补偿电容(C_α2)在阶数为1时，即为整数阶电容。