[实用新型]一种降低电路等效内阻的分数阶无线电能传输系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及无线电能传输或无线输电技术的领域，尤其是指一种降低电路等效内阻的分数阶无线电能传输系统。

背景技术

无线电能传输技术可以实现电源与用电设备之间的完全电气隔离，具有安全、可靠、灵活的优点。早在19世纪末，尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)便利用无线电能传输原理，在没有任何导线连接的情况下点亮了灯泡.基于磁耦合谐振式的无线电能传输是MIT的学者在无线电能传输领域取得的突破性进展，自2007年被公开发表以来在无线电能传输领域引起了非常大的反响，越来越多的学者加入到无线电能传输技术的基础研究和应用开发中来。在目前的谐振式无线电能传输系统中，谐振电路的内阻是影响无线电能传输的重要因素，如何降低电路内阻是无线电能传输领域的一个重要难题。

分数阶微积分已经有300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。分数阶电感和分数阶电容的概念由分数阶微积分的概念而来，它们可以组成分数阶串联谐振电路。与传统整数阶串联谐振电路相比，分数阶串联谐振电路多了电容阶数和电感阶数这两个参数，使得分数阶串联谐振电路的设计自由度比整数阶大，具备一些传统串联谐振电路的性质。比如分数阶串联谐振电路在特定的参数范围内，具有负电阻的分量。因此将具有负电阻分量的分数阶串联谐振电路应用于无线电能传输系统中，对于降低谐振电路内阻具有重大意义。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种降低电路等效内阻的分数阶无线电能传输系统，利用分数阶电感与分数阶电容的串联支路在特定参数范围下具有负电阻分量的性质，用于部分或全部抵消电路内阻，从而实现降低电路等效内阻。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种降低电路等效内阻的分数阶无线电能传输系统，包括原边电路和副边电路，所述原边电路包括高频功率源、原边电路内阻R_S1、原边分数阶电感电容串联支路，所述副边电路包括副边分数阶电感电容串联支路、副边电路内阻R_S2、和负载；所述原边分数阶电感电容串联支路包括串联连接的原边分数阶电感L_β1、原边分数阶电容C_α1，副边分数阶电感电容串联支路包括串联连接的副边分数阶电感L_β2、副边分数阶电容C_α2；所述原边分数阶电感电容串联支路、原边电路内阻R_S1构成原边串联谐振电路，所述原边串联谐振电路连接高频功率源，所述原边电路内阻R_S1是指包括除副边反射到原边的电阻之外的所有正电阻；所述副边分数阶电感电容串联支路、副边电路内阻R_S2构成副边串联谐振电路，所述副边串联谐振电路连接负载，所述副边电路内阻R_S2是指包括除负载之外的副边电路所有正电阻；所述原边分数阶电感电容串联支路和副边分数阶电感电容串联支路之间是通过串联谐振耦合的方式实现的无线电能传输，且在所述原边分数阶电感电容串联支路和副边分数阶电感电容串联支路之中，至少有一个分数阶电感电容串联支路除了工作在谐振的状态，还用于部分或全部抵消所在串联谐振电路的内阻。

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均满足：

相位关系满足：

阻抗为：

其中i_L为分数阶电感电流，v_L为分数阶电感电压，β为分数阶电感阶数，并且0＜β≤2，L_β为分数阶电感容值，w为分数阶电感的工作角频率。

所述原边分数阶电容C_α1和副边分数阶电容C_α2的电压电流微分关系均满足：

相位关系满足：

阻抗为：

其中i_C为分数阶电容电流，v_C为分数阶电容电压，α为分数阶电容阶数，并且0＜α≤2，C_α为分数阶电容容值,w为分数阶电容的工作角频率。

所述原边和副边电路的等效内阻分别为：