[发明专利]一种无电压源并联型自治电磁场双耦合无线电能传输系统

权利要求书

1.一种无电压源并联型自治电磁场双耦合无线电能传输系统，其特征在于：所述系统包括分数阶发射电路、分数阶并联型接收电路和负载(R_L)，所述分数阶并联型接收电路与负载(R_L)相连；所述分数阶发射电路由串联连接的阶数小于或等于1的原边分数阶电感线圈(L_β1)、第一单端耦合电容金属极板、阶数大于1的原边分数阶补偿电容(C_α1)、和第二单端耦合电容金属极板构成；所述原边分数阶补偿电容(C_α1)具有负电阻的性质，为整个系统提供能量，且其工作频率和容值在阶数固定时能够自动跟随系统参数变化，使系统的传输效率和输出功率对系统参数变化不敏感，保持恒定不变；所述原边分数阶补偿电容(C_α1)的视在功率恒定，有两种工作模式：一是分数阶补偿电容的阶数恒定，工作频率和容值自动跟随系统参数变化以保持分数阶补偿电容自身稳定工作，二是工作频率固定，阶数和容值自动跟随系统参数变化以保持分数阶补偿电容自身稳定工作；所述分数阶并联型接收电路由并联连接的阶数小于或等于1的副边分数阶电感线圈(L_β2)、第三单端耦合电容金属极板、阶数小于或等于1的副边分数阶补偿电容(C_α2)和第四单端耦合电容金属极板构成，输出功率和传输效率恒定不变的耦合区间取决于负载电导，负载电导越小，临界耦合距离就越远，有利于小功率负载的远距离无线供电；所述第一单端耦合电容金属极板与第三单端耦合电容金属极板配成一对相互作用的耦合电容金属极板(C_c1)，所述第二单端耦合电容金属极板与第四单端耦合电容金属极板配成另一对相互作用的耦合电容金属极板(C_c2)；所述原边分数阶电感线圈(L_β1)和副边分数阶电感线圈(L_β2)之间通过磁场耦合传递电能，同时两对耦合电容金属极板(C_c1、C_c2)各自之间产生位移电流，通过电场耦合传输电能，且以上两种耦合方式产生的耦合机制相互叠加，为负载(R_L)进行无线供电。

2.根据权利要求1所述的一种无电压源并联型自治电磁场双耦合无线电能传输系统，其特征在于：所述原边分数阶电感线圈(L_β1)和副边分数阶电感线圈(L_β2)的电压、电流微分关系满足：相位关系满足：其中，i_Ln为分数阶电感线圈的电流，u_Ln为分数阶电感线圈的电压，L_βn为分数阶电感线圈的感值，为分数阶电感线圈的相位，β_n为分数阶电感线圈的阶数，并且0β_n≤1，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所述的一种无电压源并联型自治电磁场双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1α₁2，0α₂≤1，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所述的一种无电压源并联型自治电磁场双耦合无线电能传输系统，其特征在于：当原边分数阶电感线圈(L_β1)、副边分数阶电感线圈(L_β2)在阶数为1时，即为整数阶电感线圈；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。