用于电能传输系统的介电材料技术方案

本发明专利技术提出一种非接触电能传输系统。该电能传输系统包括具有介电材料的场聚焦元件。该介电材料包含氧化物材料，该氧化物材料含有(Mg1-xSrx)yTiO(2+y)，其中x可以在值0和1之间变化，使得0≤x≤1，且y可以是0、1或2。电能传输系统还包括连接到电源的第一线圈和连接到负载的第二线圈。在这个系统中，包含介电材料的场聚焦元件设置在第一线圈和第二线圈之间。

【技术实现步骤摘要】
用于电能传输系统的介电材料
技术介绍
本专利技术总的涉及电能传输系统，特别涉及基于谐振的非接触电能传输系统。在某些需要瞬时或持续的能量传输，但是互连导线不方便的应用中需要非接触电能传输。一种非接触电能传输方法是电磁感应方法，该电磁感应方法基于以下原理工作第一变压器线圈产生主磁场，临近第一变压器线圈的第二变压器线圈产生相应的电压。第二变压器线圈接收的磁场的减少是两个线圈之间的距离的平方的函数，因此对于大于几毫米的距离，第一和第二线圈之间的耦合是微弱的。另一种非接触电能传输方法试图通过谐振感应耦合提高感应电能传输的效率。发射器和接收器元件以相同的频率谐振，最大感应发生在谐振频率处。然而，这样的谐振感应对负载和间隙变化敏感。 需要一种有效的非接触电能传输系统，其可以用比目前可接受的距离分隔更长距离的线圈进行工作并且当经受偏移或负载变化时有效。此外，还需要适应性和有效的材料，其具有高介电特性和低介电损耗角正切(loss tangent),能以所需的频率范围用于电能传输系统。专利技术简述简要地，在一个实施方案中，提供了一种电能传输系统。该电能传输系统包括场聚焦元件，该场聚焦元件包含介电材料。该介电材料包括含有(MghSrx)yTiOc^y)的氧化物材料，其中X可以在值0和I之间变化，使得0彡X彡1，而y可以是O、I或2。在一个实施方案中，提供一种电能传输系统。该电能传输系统包括连接到电源的第一线圈和连接到负载的第二线圈；和包括介电材料且设置在第一线圈和第二线圈之间的场聚焦元件。该介电材料包括含有(Mgl_xSrx)yTiO(2+y)的氧化物材料，其中X可以在值0和I之间变化，使得OSxS 1，而y可以是O、I或2。附图说明当参考附图阅读以下详述时，本专利技术的这些和其他特征、方面和优点将变得更易于理解，其中在整个附图中类似的字符代表类似的部件，其中图I示出了根据本专利技术的一个实施方案的示例性非接触电能传输系统；图2示出了根据本专利技术的多个实施方案的场聚焦元件的多个示例性结构；和图3示出了根据本专利技术的一个实施方案的嵌入材料的多个示例性结构。附图标记10-示例性系统12-第一线圈14-电源16-第二线圈18-场聚焦元件20-负载22，24-场聚焦元件的开口端50-单环线圈52-开口环结构54-螺旋结构56-瑞士卷结构58-螺旋线圈专利技术详述本专利技术的实施方案包括电能传输系统和可用于电能传输系统的介电材料。 在下面的说明书和随后的权利要求中，除非上下文清楚地另外指明，否则单数形式“一”和“该”包括复数个对象。非接触电能传输系统一般特征在于第一和第二线圈之间的短距离电能传输。例如，感应电能传输系统的一个实施方案采用第一线圈和第二线圈来在电流隔离的两个电路之间传输电能。当连接到电源时，在第一线圈周围建立磁场。从第一线圈传输到第二线圈的电量与连接第二线圈的第一磁场的水平成比例。电力变压器采用高导磁性磁芯来连接第一和第二线圈之间的磁场，并且因而获得近似至少大约98%的效率。然而，当非接触电能传输配置这样的系统时，两个线圈之间的空气间隙降低了磁场耦合。这样降低的耦合影响了非接触电能传输系统的效率。本文公开的某些实施方案提供了一种加强的非接触电能传输系统，该电能传输系统对负载变化的敏感性降低，在线圈偏移时具有有效的电能传输，并具有提高电能传输效率的场聚焦结构。图I示出了根据本专利技术实施方案的非接触电能传输系统10的实例，其包括连接到电源14且构造成产生磁场(未示出)的第一线圈12。第二线圈16构造成接收来自第一线圈12的电能。本文使用的术语“第一线圈”也可以称为“第一线圈”，而术语“第二线圈”也可以称为“第二线圈”。第一和第二线圈可以由任意具有良好导电性的材料例如铜制成。场聚焦元件18设置在第一线圈12和第二线圈16之间以聚焦来自电源14的磁场。在另一个实施方案中，场聚焦元件可以用来聚焦电场和/或电磁场。术语“磁场聚焦元件”和“场聚焦元件”可交换地使用。在一个实施方案中，磁场聚焦元件18构造成自谐振线圈并在通过第一线圈激励时具有驻波电流分布。在另一个实施方案中，磁场聚焦元件包括作为有源阵或无源阵运行的多个谐振器，每个谐振器构造成具有驻波电流分布的自谐振线圈。在另一个实施方案中，磁场聚焦元件包括多个这样的谐振器组，每个这样的谐振器组在特定相位被激励。可以理解成，当通过不同相位激励谐振器组时，可以在期望的方向增强场聚焦。磁场聚焦元件18还构造成将磁场聚焦到第二线圈16上，增强第一线圈12和第二线圈16之间的耦合。在一个实施方案中，通过在场聚焦元件18中产生驻波电流分布而在磁场聚焦兀件18的周围产生不均勻的磁场分布。在图不的实施方案中，作为一个实例，场聚焦元件18放置得更接近第一线圈12。在某些系统中将场聚焦元件18放置得更接近第二线圈16可能是有益的。负载20连接到第二线圈16以利用来自电源14传输的电能。在某些实施方案中，非接触电能传输系统10还可以构造成同时将电能从第二线圈传输至第一线圈，这样该系统能够双向传输电能。可能的负载的非限制性实例包括灯泡、电池、计算机、传感器或任何需要电能运行的设备。非接触电能传输系统10可以用于将电能从电源14传输到负载20。在一个实施方案中，电源14包括单相AC发电机或三相AC发电机结合电能转化电子器件以将AC电能转化为更高频率。当以磁场聚焦元件18的谐振频率激励第一线圈12时，在场聚焦元件的两个开放端(22，24)之间的磁场聚焦元件18中产生了驻波电流分布。该驻波电流分布导致了磁场聚焦元件18周围的不均匀磁场分布。这种不均匀的电流分布构造成将磁场聚焦在任何期望的方向，例如，在这个实例中沿第二线圈16的方向。当在谐振频率运行时，甚至对磁场聚焦元件18的小的激励也会沿磁场聚焦元件的长度25产生大幅的电流分布。这个不均匀分布的大电流幅度导致在第二线圈16的方向产生放大的和聚焦的磁场，这使得电能传输更高效。图2示出了根据本专利技术的多个实施方案的场聚焦元件的结构的多个实例。在一个实施方案中，场聚焦元件包括单环线圈50。在另一个实施方案中，场聚焦元件包括多个线阻，例如开口环结构52、螺旋结构54、瑞士卷(swiss-roll)结构56或螺旋 线圈58。用于特定应用的结构的选择由场聚焦元件的尺寸和自谐振频率来决定。例如，在低功率应用中(例如，小于约I瓦特)，最高约1000MHz的谐振频率是可行的。在高功率应用(例如，从约100瓦特到约500千瓦)中，大约几百kHz的谐振频率是可行的。在本专利技术的电能传输系统的一个实施方案中，场聚焦兀件18的谐振器可以由例如介电谐振腔形式的介电材料制成。用于场聚焦元件的介电材料期望具有高介电常数(介电常数，e)和低损耗角正切。高介电常数有助于获得给定较小尺寸的谐振器的低谐振频率，而低损耗角正切期望将介电损耗保持在可接受的限度内。在一个实施方案中，场聚焦元件18包括自谐振线圈，该自谐振线圈在谐振频率激励时将磁场聚焦。谐振器是任何形状的自谐振线圈，它的自谐振频率取决于自身固有电容和自感。线圈的自谐振频率取决于线圈几何参数。例如，就螺旋谐振器线圈来说，谐振频率使得螺旋的整个长度是电磁激励的半波长或多个半波长。结果，由于空间限制，设计这些低频的谐振器是个挑战。使谐振器的尺寸小型化的方法之一是将谐振器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电能传输系统，其包括：包含介电材料的场聚焦元件，其中所述介电材料包括含有(Mg1?xSrx)yTiO(2+y)的氧化物材料，其中0≤x≤1，且y＝0、1或2。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：K·M·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：