分數階電路系統諧振無線電能傳輸機理及關鍵問題研究

《分數階電路系統諧振無線電能傳輸機理及關鍵問題研究》是依託華南理工大學，由張波擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：分數階電路系統諧振無線電能傳輸機理及關鍵問題研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：張波
• 依託單位：華南理工大學

項目摘要

無線電能傳輸技術是國際上的前沿和熱點研究方向，現階段亟待提出新原理、新方法的無線電能傳輸方式。本項目以分數階電容、電感概念構造新型的分數階電路無線電能傳輸系統拓撲，探討在諧振運行條件下的分數階電路無線電能的傳輸特性，分析分數階電路諧振無線電能傳輸效率、傳輸功率、傳輸距離與諧振頻率、品質因數的關係，研究分數階電路諧振無線電能系統隨電路參數變化的非線性行為，提出適合諧振無線電能傳輸的分數階電路系統參數，系統地形成分數階電路諧振無線電能傳輸的新機理，從而推動無線電能傳輸技術研究的發展。. 本項目的創新之處在於：一是與現有整數階電路元件構成的諧振無線電能傳輸研究思路不同，因而機理和研究方法是全新的；二是分數階電路比整數階電路可控的參數多，諧振頻率、品質因數可控性好，可以有效提升傳輸效率、傳輸功率、傳輸距離；三是分數階電路比整數階電路相比，體積可以根據套用需要有效減小。

結題摘要

無線電能傳輸是目前國內外的前沿和熱門研究領域，美國《科技評論》多年來都將其列為全球引領未來的科學技術之一。然而，現有感應、諧振無線電能傳輸原理均由國外學者提出，大量關鍵技術掌握在國外大公司手中，制約著我國無線電能傳輸技術發展和套用。 本項目在國際上首次提出分數階電路無線電能傳輸原理，突破了現有基於整數階電路原理的無線電能傳輸機理，系統發展出基於分數階電路原理的無線電能傳輸技術。目前，本項目已出版專著1本；發表論文97篇，其中，SCI論文42篇、EI論文15篇；獲得86項專利授權，其中，美國發明專利2項、中國發明專利30項、實用新型專利54項，取得了一批原創性的成果： (1) 深入研究了分數階元件和電路的特性，提出了8種基礎分數階非自治電路和8種基礎分數階自治電路的無線電能傳輸系統，研究發現分數階無線電能傳輸系統涵蓋現有諧振和感應無線電能傳輸系統；提出了分數階無線電能傳輸系統的能量法建模方法，研究發現耦合模建模方法只是能量建模方法的近似，為分數階無線電能傳輸系統奠定了理論基礎。 (2) 探討了分數階非自治電路無線電能傳輸系統的頻率特性，研究發現分數階系統諧振頻率不僅取決於電感電容參數，還與分數階元件的階數密切相關，控制分數階元件階數，可以有針對性提高大容量電感電容的固有諧振頻率，減低小容量電感電容的固有諧振頻率，從而解決了整數階無線電能傳輸系統中電感電容容量與諧振頻率的矛盾。(3) 系統分析了分數階自治電路無線電能傳輸系統的功率、效率傳輸特性，研究發現利用分數階元件的記憶特性，可以在提供負電阻的同時，改變系統固有頻率和分數階電容、電感，實現在傳輸距離、接收側固有頻率變化情況下，全方位恆定傳輸效率、功率，突破了現有感應、諧振無線電能傳輸系統關鍵瓶頸問題。(4) 提出了實現分數階電路無線電能傳輸系統技術和設計方法，主要包括：（1）大功率分數階元件構造方法；（2）負電阻的分數階構造技術；（3）高頻高增益驅動變換器；（4）諧振頻率檢測方法。