无线电能传输是人类长期以来的梦想,国内外都十分重视无线电能传输技术的研究。现有的无线电能传输技术按照传输方式主要分为电磁辐射式、电场耦合式和磁场耦合式。磁场耦合式因其具有传输距离远、对传输介质依赖小、传输效率高和安全性高等优点,成为当前研究最多的无线电能传输方式。目前,磁场耦合式无线电能传输系统都是基于整数阶电路实现。事实上除整数阶电路之外,还存在由分数阶元件组成的分数阶电路。分数阶元件是一种由分数阶微积分描述的元件,与传统的由整数阶微积分描述的电感电容具有不一样的特性。分数阶电路理论已在建模和信号处理等方面已经展现出了巨大的优势,但是分数阶电路在无线电能传输领域还未被深入研究。为此,本文将分数阶电路应用于无线电能传输系统中,期望获得比整数阶无线电能传输技术更好的工作特性。本文具体开展了以下研究工作:(1)基于分数阶微积分原理,研究了分数阶电容的阻抗和能量特性;分析了分数阶电容的非自治电路,探讨了阶数对电路特性的影响;提出了一种基于阶数大于1的分数阶电容的分数阶自治电路,研究了其工作特性,为分数阶电路在无线电能传输系统中的应用提供基础。(2)基于分数阶非自治电路,提出了一种分数阶非自治电路串联谐振无线电能传输系统,建立了其数学模型,研究了分数阶阶数对传输特性的影响。研究发现只需通过设计合适的分数阶电容参数,就可以使副边谐振电路的能量与负载大小无关,并保持稳定,从而使输出电流保持恒定,实现分数阶串联谐振无线电能传输系统的自然恒流输出特性。(3)现有的分数阶电容构造方法具有功率小、阶数难以调节等缺点,无法应用到无线电能传输系统中。为此,基于电力电子变换器技术,提出了一种适用于分数阶非自治电路、阶数大于1的大功率分数阶电容的构造方法,首次实现功率、阶数可控的分数阶电容特性,为分数阶非自治串联谐振无线电能传输系统的设计提供硬件基础。(4)基于分数阶自治电路,提出了一种分数阶自治电路无线电能传输系统,利用耦合模理论建立了它的数学模型,分析了其稳态工作特性;研究了分数阶电容的阶数对系统传输特性的影响。研究发现只需控制分数阶电容阶数恒定,就可以克服系统的传输效率和输出功率对距离和谐振频率变化的敏感性,从而使分数阶无线电能传输具有整数阶无线电能传输系统难以实现的稳定性。(5)在非自治电路中大功率分数阶电容构造方法的基础上,提出了一种适用于分数阶自治电路的大功率分数阶电容的电路和控制技术,它可以同时实现负电阻和分数阶电容特性,为分数阶自治电路无线电能传输系统的设计提供硬件基础。(6)分别构造了分数阶非自治电路串联谐振无线电能传输系统和分数阶自治电路无线电能传输系统,并搭建实验样机,系统地验证了分数阶非自治电路串联谐振无线电能传输系统的恒流输出特性,验证了分数阶自治电路系统的传输效率和输出功率对距离和谐振频率变化不敏感的特性。本文的研究从非自治电路和自治电路的角度,探讨分数阶电路无线电能传输机理,证明了它与整数阶无线电能传输不同的传输特性,为后续系统地研究分数阶电路无线电能传输机理奠定了基础。