用于功率传递系统的介电材料技术方案

本发明专利技术名称为“用于功率传递系统的介电材料”。提供一种功率传递系统。该功率传递系统包括场聚焦元件，场聚焦元件包括介电材料。该介电材料包括陶瓷材料和聚合物材料。该陶瓷材料包括含钛的氧化物，以及该聚合物材料包括树脂。还提出一种形成功率传递系统的方法。该方法包括形成谐振器。形成谐振器包括如下步骤：部署金属层，混合陶瓷材料和聚合物材料以形成介电材料，在金属层上方沉积介电材料以形成介电层，形成金属层和介电层的瑞士卷结构，以及将瑞士卷结构固化以形成单块瑞士卷结构。

【技术实现步骤摘要】
用于功率传递系统的介电材料
本专利技术一般涉及功率传递系统，并且具体来说，涉及基于谐振的无接触功率传递系统。
技术介绍
在需要瞬时或持续能量传递但是互连导线不方便的某些应用中，无接触功率传递是期望的。一种无接触功率传递方法是电磁感应方法，该电磁感应方法基于生成主导磁场的初级变压器线圈以及生成对应电压的、位于主变压器线圈附近的次级变压器线圈的原理来工作。次级变压器线圈接收的磁场作为两个线圈之间距离的平方的函数而降低，并且因此初级线圈与次级线圈之间的耦合对于大于数毫米的距离是弱的。无接触功率传递的另一个方法尝试通过谐振感应耦合来增加感应功率传递的效率。传送器和接收器元件以相同频率谐振，并在谐振频率处出现最大感应。但是，此类谐振感应对于负载和间距变化敏感。需要有效率的无接触功率传递系统，其可以利用由长于目前可接受的距离分离的线圈来操作，并且当经受未对齐或负载变化时是有效率的。而且，需要一种调整和有效率的材料，其具有高介电特性和低介电损耗因子，以及具有能够以成本效率方式制造并在要求频率范围的功率传递系统中使用的鲁棒设计。
技术实现思路
简言之，在一个实施例中，提供一种功率传递系统。该功率传递系统包括场聚焦元件，场聚焦元件包括介电材料。该介电材料包括陶瓷材料和聚合物材料。该陶瓷材料包括含钛的氧化物以及该聚合物材料包括树脂。在一个实施例中，提供一种功率传递系统。该功率传递系统包括耦合到电源的第一线圈和耦合到负载的第二线圈；以及场聚焦元件，该场聚焦元件包括介电材料且设在第一线圈与第二线圈之间。该介电材料包括陶瓷材料和聚合物材料。该陶瓷材料包括含钛的氧化物以及该聚合物材料包括树脂。在另一个实施例中，提供一种功率传递系统。该功率传递系统包括耦合到电源的第一线圈和耦合到负载的第二线圈；以及包括谐振器的场聚焦元件。该谐振器包括多个层，这些层包含介电层和金属层。该谐振器以瑞士卷(swissroll)的形式配置，其中相邻介电层由金属层分离，并且介电层包括介电材料。该介电材料包括陶瓷材料和聚合物材料。该陶瓷材料包括含钛的氧化物以及该聚合物材料包括树脂。在另一个实施例中，提出一种形成功率传递系统的方法。该方法包括形成谐振器。形成谐振器包括如下步骤：部署金属层，混合陶瓷材料和聚合物材料以形成介电材料，在金属层上方沉积介电材料以形成介电层，形成金属层和介电层的瑞士卷结构，以及固化该瑞士卷结构以形成单块瑞士卷结构。附图说明当参考附图阅读下文详细描述时，将更好地理解本专利技术的这些和其他特征、方面和优点，在所有附图中，相似的符号表示相似部件，其中：图1图示根据本专利技术实施例的示范无接触功率传递系统；图2图示根据本专利技术多种实施例的场聚焦元件的多个示范结构；图3图示根据本专利技术实施例的嵌入材料的多个示范结构；以及图4图示根据本专利技术实施例的瑞士卷结构的示例。具体实施方式本专利技术的实施例包括功率传递系统和可以用于功率传递系统的介电材料。在下文说明书和所附权利要求中，除非上下文明确地另行指出，否则单数形式“一”和“所述”包括多个引用项。无接触功率传递系统通常由初级线圈与次级线圈之间的短距离功率传递来表征。例如，感应功率传递系统的一个实施例使用初级线圈和次级线圈以在电流隔离的两个电路之间传递功率。当耦合到电源时，在初级线圈周围建立磁场。从初级线圈传递到次级线圈的功率的量与链接次级线圈的主磁场的水平成比例。电变压器使用高磁导率磁芯来链接初级线圈与次级线圈之间的磁场，并由此达到大约至少98%左右的效率。但是，当此类系统配置用于无接触功率传递时，两个线圈之间的气隙会降低磁场耦合。此类降低的耦合影响无接触功率传递系统的效率。本文公开的某些实施例提供了一种鲁棒的无接触功率传递系统，其具有对负载变化降低的灵敏度，在线圈未对齐期间有效地进行功率传递，以及增强功率传递效率的场聚焦结构。图1图示根据本专利技术实施例的无接触功率传递系统10的示例，其包括耦合到电源14且配置成产生磁场(未示出)的第一线圈12。第二线圈16配置成从第一线圈12接收功率。正如本文所使用的，术语“第一线圈”还可以称为“初级线圈”，以及术语“第二线圈”还可以称为“次级线圈”。初级线圈和次级线圈可以由任何良好的导电材料构成，例如铜。场聚焦元件18部署在第一线圈12与第二线圈16之间以用于聚焦来自电源14的磁场。在另一个实施例中，该场聚焦元件可以用于聚焦电场和/或电磁场。术语“磁场聚焦元件”和“场聚焦元件”可互换地使用。在一个实施例中，磁场聚焦元件18配置为自谐振线圈并且在经由第一线圈激励时具有驻波电流分布。在另一个实施例中，该磁场聚焦元件包括作为有源阵列或无源阵列操作的多个谐振器，并且每个谐振器配置为具有驻波电流分布的自谐振线圈。在又一个实施例中，该磁场聚焦元件包括多组此类谐振器，每个此类谐振器组按特定相位被激励。可以意识到，当经由不同相位激励多组谐振器时，可以按期望的方向增强场聚焦。磁场聚焦元件18还配置成将磁场聚焦到第二线圈16上，从而增强第一线圈12与第二线圈16之间的耦合。在一个实施例中，通过在场聚焦元件18中构建驻波电流分布，在磁场聚焦元件18周围形成非均匀磁场分布。在图示的实施例中，作为一个示例，场聚焦元件18设为更靠近第一线圈12。在某些系统中，将场聚焦元件18设为更靠近第二线圈16可能有优势。负载20耦合到第二线圈16以利用从电源14传递的功率。在某些实施例中，无接触功率传递系统10还可以配置成同时地将功率从第二线圈传递到第一线圈，以使系统能够进行双向功率传递。潜在负载的非限制性示例包括灯泡、电池、计算机、传感器或需要电功率来操作的任何装置。无接触功率传递系统10可以用于将功率从电源14传递到负载20。在一个实施例中，电源14包括与将AC功率转换到更高频率的功率转换电子装置组合的单相AC发电机或三相AC发电机。当第一线圈12按磁场聚焦元件18的谐振频率被激励时，在磁场聚焦元件18内，场聚焦元件的两个开口端(22、24)之间形成驻波电流分布。驻波电流分布在磁场聚焦元件18周围导致非均匀的磁场分布。此类非均匀电流分布配置成在任何期望的方向中、如在本示例中在第二线圈16的方向中聚焦磁场。当在谐振频率下操作时，即使对磁场聚焦元件18的小激励也会产生沿着磁场聚焦元件的长度25的大振幅的电流分布。非均匀分布的这种大电流量值导致在第二线圈16方向中的放大且聚焦的磁场，这促成更高效率的功率传递。图2图示根据本专利技术的多种实施例的场聚焦元件的结构的多个示例。在一个实施例中，该场聚焦元件包括单个回路线圈50。在另一个实施例中，该场聚焦元件包括采用如开口环结构52、螺旋形结构54、瑞士卷结构56或螺线线圈58的多个匝。对于特定应用的结构选择由场聚焦元件的尺寸和自谐振频率确定。例如，在低功率应用(例如小于1瓦特)中，高达1000MHz左右的谐振频率是可行的。在高功率应用(例如从100瓦特左右到500千瓦左右)，数百kHz左右的谐振频率是可行的。在一个实施例中，场聚焦元件18包括自谐振线圈，该自谐振线圈在按谐振频率激励时聚焦磁场。该谐振器是任何形状的自谐振线圈，其自谐振频率取决于自电容和自电感。线圈的自谐振频率取决于线圈的几何参数。例如，在螺线谐振线圈的情况中，谐振频率设为使得螺线总长度是电磁激励的一半波长或一半波长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率传递系统，包括：？？？？场聚焦元件，其包括介电材料，其中所述介电材料包含？？？？？？？陶瓷材料，其包括含钛的氧化物；以及？？？？？？？聚合物材料，其包括树脂。

【技术特征摘要】
2011.07.28 IN 2583/CHE/20111.一种功率传递系统，包括：场聚焦元件，其包括介电材料，其中所述介电材料包含陶瓷材料，其包括含钛的氧化物；以及聚合物材料，其包括树脂，其中，所述氧化物包括，其中以及。2.如权利要求1所述的功率传递系统，其中，所述氧化物选自二氧化钛、钛酸盐、掺氟化物的二氧化钛和掺氟化物的钛酸盐中的一个或多个。3.如权利要求1所述的功率传递系统，其中，所述陶瓷材料采用粉末形式并且具有范围从5nm到50μm的颗粒尺寸。4.如权利要求1所述的功率传递系统，其中，所述树脂包括选自PTFE和环氧树脂的材料。5.如权利要求4所述的功率传递系统，其中，所述介电材料包含MgTiO3和PTFE。6.如权利要求4所述的功率传递系统，其中，所述介电材料包含SrTiO3和PTFE。7.如权利要求4所述的功率传递系...

【专利技术属性】
技术研发人员：KM克里什纳，L马塔尼，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：