ПЕРЕДАТЧИК БЕСПРОВОДНОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2022 года по МПК H02J50/12 H01F27/28 H01F38/14 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящая технология относится к электротехнический технологии, в частности, к беспроводным системам передачи электрической энергии и способам, которые могут передавать электрическую энергию между двумя электромагнитными резонаторами.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Известно, что возможно передавать электрическую энергию без проводов между двумя энергетическими блоками с помощью магнитных индукционных систем и с помощью использования резонансных технологий.

[0003] Например, заявка на патент EP 3557720 раскрывает изобретение, которое относится к способам и устройствам для беспроводной передачи электрической энергии с использованием технологий резонансных полуволн между неподвижными энергетическими блоками и подвижными устройствами, которые получают электрическую энергию. Этот способ беспроводной зарядки может быть использован в условиях неподвижной или подвижной окружающей среды. Этот способ включает передачу электрической энергии от источника энергии в приемник энергии с использованием управляемого преобразователя тока с регулируемой частотой для преобразования из формата источника энергии в формат высокочастотного переменного тока. Способ также включает использование передатчика и приемника с магнитно-резонансной связью, преобразователя тока для преобразования из формата высокой частоты в формат требуемый для нормальной работы аккумулятора электрической энергии, который заряжается. Способ характеризуется тем, что магнитно-резонансная обмотка передатчика состоит из плоской спирали с двухпроводной обмоткой от центра к периферии, а магнитно-резонансная обмотка приемника состоит из плоской однопроводной спирали. Магнитно-резонансная обмотка передатчика используется для возбуждения тока и потенциальных стоячих волн с максимальным током на периферии обмотки в магнитно-резонансной обмотке передатчика. Передача энергии активируется между передатчиком и приемником с использованием электромагнитного поля, генерируемого стоячей волной. Для этой цели провода в центральной части двухпроводной спиральной обмотки передатчика соединены с выходными клеммами преобразователей с высокими и регулируемыми частотами, в то время как провода однопроводной спиральной обмотки в приемнике неподвижного или подвижного потребителя энергии присоединены к преобразователю для преобразования тока высокой частоты в формат, требуемый для нормальной работы заряжаемого аккумулятора энергии. Недостаток систем, описанных в заявке на патент EP 3557720, состоит в предложении ограниченного числа конфигураций катушек индуктивности, которые могут использовать такой способ беспроводной передачи энергии. Кроме того, в некоторых компоновках плоские катушки индуктивности могут потребовать определенной степени выравнивания центров передающей катушки индуктивности и катушки индуктивности приемника.

[0004] В другом примере заявка на патент США US20130270919 раскрывает беспроводную систему передачи энергии, которая состоит из первичной цепи и вторичной цепи, которые связаны посредством катушек связи. Первичная цепь соединена с источником электрического питания переменного тока (ПТ), который обеспечивает сигнал переменного тока через последовательное соединение емкости первичной цепи и катушки индуктивности первичной цепи. Вторичная цепь - это параллельное соединение катушки индуктивности вторичной цепи, емкости вторичной цепи и нагрузки. Резонансная частота беспроводной системы передачи энергии - это частота, на которой коэффициент передачи по мощности беспроводной системы передачи энергии достигает максимума для бесконечно малой резистивной нагрузки. Рабочая частота источника электрического питания переменного тока выбирается так, чтобы она была выше резонансной частоты, таким образом, чтобы обеспечить больший коэффициент передачи и/или большую скорость передачи по мощности в присутствии нагрузки с конечным импедансом.

[0005] В другом примере, в статье A. Kurs, A. Karalis, R. Mofat, J. D. Jonnopolos, P. Fisher, and M. Solaic, “Wireless Power Transfer via Strong Coupled Magnetic Resonance”. ("Беспроводная передача энергии посредством магнитного резонанса с сильной связью"). Science, vol. 317, pp. 83 - 86, 2007, раскрыта беспроводная передача энергии с использованием катушек связи. Катушки связи включают катушку индуктивности в первичной цепи и катушку индуктивности во вторичной цепи, которые разделены воздушным зазором. Ширина воздушного зазора, т. е. разделительного расстояния между катушкой индуктивности в первичной цепи и катушкой индуктивности во вторичной цепи может составлять, например, от нескольких дюймов до нескольких футов в пределах катушек связи при условии, что катушка индуктивности во вторичной цепи скомпонована для захвата части магнитного потока, генерируемого катушкой индуктивности в первичной цепи.

[0006] В другом примере способы передачи энергии посредством индуктивной связи показаны в патентах US6934167, US6934165 и US6418038 и в заявках на патенты США US2009/0322307 и US2009/0303753. Такие способы на существующем уровне техники описывают беспроводную передачу энергии на резонансной частоте f₀ трансформатора с воздушным сердечником, которая определяется посредством выражения: , где L - это индуктивность цепи, включающей катушку индуктивности первичной цепи, а С - это емкость цепи, включающей катушку индуктивности первичной цепи. Сопротивление цепи, включающей катушку индуктивности первичной цепи, не учитывается при определении резонансной частоты f₀, хотя сопротивление цепи, включающей катушку индуктивности первичной цепи, влияет на добротность резонанса. Параметры цепи во вторичной цепи, включающей катушку индуктивности вторичной цепи, выбираются так, чтобы индуцировать резонанс на резонансной частоте f₀, т. е. так, чтобы произведение индуктивности и емкости вторичной цепи совпадало с произведением индуктивности и емкости первичной цепи.

[0007] Недостатком индуктивных беспроводных систем передачи энергии состоит в том, что такие системы используют более высокие частоты для беспроводной передачи электрической энергии по сравнению с резонансными беспроводными системами передачи энергии, которые могут быть опасными для здоровья пользователей. Кроме того, при увеличении расстояния между связанными катушками передачи энергии, индуктивные энергетические системы нуждаются в увеличении в размере, а также может понадобиться увеличение электрических потенциалов.

[0008] В другом примере бразильская заявка на патент BR102016004778 описывает использование разомкнутых двухпроводных катушек индуктивности или замкнутых двухпроводных катушек индуктивности в индуктивных каналах беспроводных систем передачи энергии. Изобретатели этой заявки на патент указывают, что главным преимуществом предлагаемой системы является исключение емкостей в настройке индуктивных каналов, что может привести к возможности использования более высоких уровней приложенных напряжений внутри системы, уменьшению омических потерь и увеличению диапазона передачи. Недостатком этой системы является недостаточная адаптируемость к различным системным требованиям по нагрузке, которые могут быть ограничены за счет идеи изобретателей в отношении устранения использования емкостей.

[0009] В другом примере европейская заявка на патент EP03732927 описывает плоский резонатор для беспроводной передачи энергии и способ его производства. Способ производства обеспечивает бесконтактную передачу энергии с использованием по меньшей мере двух электрически изолированных осей, гальванически сопряженных параллельно через интерфейс передачи в связанной компоновке индуктивности или трансформатора. Затем передача сигнала или энергии сопровождается сцеплением магнитного потока. Сцепление магнитного потока также осуществляется через тот же интерфейс и обеспечивается за счет таких же проводников тока со спиральной навивкой. Изобретение предполагает, что бифилярные или мультифилярные катушки индуктивности могут использоваться как для верхних, так и для нижних катушек индуктивности, хотя такие компоновки используются для создания эквивалентных последовательных или параллельных режимов работы резонатора, которые могут сопровождаться отсутствием или присутствием, соответственно, гальванических соединений между такими бифилярными или мультифилярными катушками индуктивности. Недостатком этого изобретения является ограниченное расстояние электрической беспроводной передачи между катушками.

[0010] Цель настоящего технического решения состоит в том, чтобы увеличить расстояние беспроводной передачи энергии между передающей и принимающей катушками индуктивности, уменьшить опасность присутствия узлов с высоким электрическим потенциалом внутри энергетической системы, уменьшить опасность короткого замыкания энергетической системы, сделать энергетическую систему более безопасной, чем известные беспроводные системы передачи электрической энергии, обеспечить большое число конфигураций передающих и приемных катушек индуктивности, что позволит способу, в соответствии с настоящей технологией, быть, таким образом, внедренным и предложить эффективную по затратам беспроводную систему передачи энергии, имеющую масштабируемую технологию соответствующую потребностям рынка товаров массового спроса.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] Цель настоящего технического решения состоит в том, чтобы устранить по меньшей мере некоторые из недостатков присущих решениям на известном уровне техники.

[0012] Варианты реализации настоящего технического решения были разработаны на основе инженерной оценки по меньшей мере одной технической проблемы, связанной на существующем уровне техники с подходами к беспроводной передаче электрической энергии безопасным и эффективным по затратам способом.

[0013] Более конкретно, известные в настоящее время системы на существующем уровне техники, видимо, не учитывают возможность использования емкостных характеристик между компонентами беспроводных систем передачи энергии, работающих в резонансном или близких к резонансному режимах. Таким образом, настоящее техническое решение позволяет разрабатывать устойчивые электроэнергетические системы, которые, при вхождении в режим близкий к резонансному режиму или собственно в резонансный режим, будут эффективно передавать беспроводную электрическую энергию посредством настроенных в резонанс передатчиков, состоящих из распределенных емкостей и индуктивностей различных форм. Передача беспроводной электрической энергии посредством настроенных в резонанс передатчиков обеспечивается за счет способности настоящего технического решения генерировать различные виды электрических токов внутри передатчиков, которые включают, не ограничиваясь перечисленным, токи проводимости, токи смещения, продольные токи, дифференциальные токи, стоячие электромагнитные волны, бегущие электромагнитные волны, токи перезарядки и т. д. Кроме того, настоящее техническое решение позволяет создавать беспроводные системы передачи электрической энергии с распределенными электромагнитными параметрами внутри беспроводных передатчиков и внутри беспроводных приемников.

[0014] Разработчики обнаружили, что будет предпочтительно обеспечить компоновку беспроводного передатчика энергии, которая будет оставаться устойчивой при работе в резонансном режиме или вблизи от резонансного режима, так что передатчик будет способен предоставить беспроводную электрическую энергию для любых типов приемников способных принимать беспроводную электрическую энергию за счет работы на той же резонансной частоте, что и передатчик, обеспечивая, таким образом, преобразование передаваемой энергии в переменный ток, который может быть использован устройствами, гальванически связанными с приемником.

[0015] Разработчики также обнаружили, что существующие беспроводные системы передачи энергии не используют составляющую плотности тока смещения, генерируемую внутри электромагнитных полей, чтобы улучшить качество беспроводной передачи энергии в пределах по меньшей мере некоторых компонент беспроводных систем передачи энергии.

[0016] В соответствии с первым широким аспектом настоящего технического решения предложен передатчик беспроводной системы передачи энергии. Передатчик содержит первый провод и второй провод, первый провод изолирован за счет изоляции от второго провода. Первый провод содержит начальную часть первого провода, среднюю часть первого провода и конечную часть первого провода. Второй провод содержит начальную часть второго провода, среднюю часть второго провода и конечную часть второго провода. Первый провод расположен вдоль второго провода, таким образом, что начальная часть первого провода расположена вблизи от начальной части второго провода, средняя часть первого провода расположена вблизи от средней части второго провода, и конечная часть первого провода расположена вблизи от конечной части второго провода. Передатчик имеет совокупность резонансных частот, совокупность резонансных частот, которые равны или меньше, чем частота свободных колебаний комбинации первого провода и второго провода. Передатчик скомпонован для того, чтобы генерировать электромагнитное поле в ответ на подачу тока, на одной из совокупности резонанасных частот передатчика или вблизи к одной из совокупности резонанасных частот передатчика, на начальную часть первого провода и на конечную часть второго провода. Передатчик содержит уравновешивающий элемент, скомпонованный для уравновешивания общей емкости передатчика. Уравновешивающий элемент содержит уравновешивающую емкость между конечной частью первого провода и конечной частью второго провода. В некоторых примерах реализации изобретения уравновешивающий элемент может быть присоединен к одному проводу из первого провода и/или второго провода. Емкость между конечной частью первого провода и конечной частью второго провода создается из-за того, что первый провод и второй провод гальванически не соединены друг с другом так, чтобы образовать замкнутую цепь, точнее, первый провод и второй провод расположены практически друг вдоль друга, обеспечивая наличие емкости между первым проводом и вторым проводом, в то время как их противоположные соответствующие части соединены с источником питания. Уравновешивающий элемент создает уравновешивающую емкость между конечной частью первого провода и конечной частью второго провода, которая уравновешивает емкостное соединение первого провода и второго провода. Емкостное соединение первого провода и второго провода отличается от замкнутой бифилярной катушки индуктивности, где конечная часть первого провода гальванически соединена с конечной частью второго провода, и отличается от разомкнутой бифилярной катушки индуктивности, где отсутствует гальваническое или емкостное соединение между конечной частью первого провода и конечной частью второго провода. Емкостное соединение между конечной частью первого провода и конечной частью второго провода - это промежуточный рабочий режим, который может помочь стабилизировать работу передатчика в резонансном режиме. Передатчик может содержать дополнительные узлы, которые могут включать источник питания, который гальванически соединен с преобразователем частоты, который генерирует переменный ток на одной из совокупности резонансных частот или на частоте близкой к любой из совокупности резонансных частот, который затем подается на начальную соединительную часть первого провода и на начальную соединительную часть второго провода.

[0017] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика ток генерирует внутри генератора продольный ток и ток смещения. Продольный ток и ток смещения могут быть проиллюстрированы четвертым уравнением Максвелла, которое может быть представлено в интегральной форме при отсутствии магнитной или поляризуемой среды: или в дифференциальной форме с магнитной и/или поляризуемой средой: . Ток смещения является функцией плотности тока смещения, которая представлена величиной ∂D/∂t, определяемой в терминах изменения D электрического поля смещения.

[0018] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика ток проводимости протекает в первом проводе и во втором проводе из начальной части первого провода в конечную часть второго провода в первом направлении тока проводимости в первый момент времени. Ток проводимости протекает в первом проводе и во втором проводе из конечной части второго провода в начальную часть первого провода во втором направлении тока проводимости во второй момент времени. Первое направление тока проводимости является противоположным второму направлению тока проводимости. Источник питания, который гальванически связан с передатчиком, может быть источником питания переменного тока, так что ток проводимости, протекающий через передатчик, изменяет направление в каждый момент времени, в зависимости от частоты источника питания переменного тока или частоты преобразователя частоты, если он используется. Поскольку начальная часть первого провода соединена с одним выходом источника питания переменного тока, а конечная часть второго провода соединена с другим выходом источника питания переменного тока, и первый провод не соединен непосредственно со вторым проводом, ток проводимости, протекает из одного выхода источника питания переменного тока в первом проводе и затем преобразуется в ток смещения между первым и вторым проводами, который, в свою очередь, преобразуется в ток проводимости, протекающий через второй провод на другом выходе источника питания переменного тока.

[0019] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика ток проводимости имеет первое направление тока проводимости из первой точки первого провода ко второй точке второго провода в первый момент времени. Ток проводимости имеет второе направление тока проводимости из второй точки второго провода к первой точке первого провода во второй момент времени. Первое направление тока проводимости является противоположным второму направлению тока проводимости. Ток проводимости распределяется вдоль емкости между первым проводом и вторым проводом. Первый провод и второй провод не соединены непосредственно и разделены каким-либо видом изоляции, поэтому первый провод и второй провод создают емкость, распределенную в каждой точке первого провода и второго провода вдоль первого провода и второго провода за счет близости этих проводов внутри передатчика. В теории электромагнетизма ток смещения может иногда описываться как поток зарядов, а в других случаях он описывается в терминах вращения магнитного поля, а для целей этой заявки на патент такие описания будут использоваться попеременно без какого-либо намерения ограничить объем настоящего технического решения.

[0020] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика емкость между первым проводом и вторым проводом распределена вдоль частей первого провода, расположенных вдоль частей второго провода. Эта емкость позволяет передатчику генерировать электромагнитное поле, которое обеспечивает беспроводную передачу электрической энергии в соответствии с настоящим техническим решением.

[0021] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика начальная часть первого провода содержит первый конец первого провода, а конечная часть второго провода содержит второй конец второго провода. Ток поступает на передатчик через первый конец первого провода и через второй конец второго провода. Ток находится на максимуме на первом конце первого провода и на минимуме на втором конце второго провода в первый момент времени. Ток находится на минимуме на первом конце первого провода и на максимуме на втором конце второго провода во второй момент времени. Соответственно, конечная часть первого провода содержит второй конец первого провода, а начальная часть второго провода содержит первый конец второго провода. Второй конец первого провода и первый конец второго провода не являются непосредственно соединенными друг с другом, что предотвращает прямое протекание тока проводимости между первым проводом и вторым проводом.

[0022] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика первый потенциал, измеренный между первым концом первого провода и заземлением - это первый максимальный потенциал передатчика относительно заземления, а второй потенциал, измеренный между вторым концом второго провода и заземлением - это первый минимальный потенциал передатчика относительно заземления в первый момент времени. Третий потенциал, измеренный между первым концом первого провода и заземлением - это второй максимальный потенциал передатчика относительно заземления, а четвертый потенциал, измеренный между вторым концом второго провода и заземлением - это второй минимальный потенциал передатчика относительно заземления во второй момент времени. Таким образом, первый и второй моменты во времени представляют моменты, когда источник питания переменного тока генерирует переменный ток в одном направлении, а затем в другом направлении, соответственно.

[0023] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика первый провод и второй провод обмотаны вокруг центра. Первый провод и второй провод могут быть обмотаны вокруг центра любым подходящим способом. Например, они могут быть обмотаны в виде спирали Архимеда, гиперболической спирали, спирали Галилея, спирали Ферма, параболической спирали, спирали Литууса, псевдоспирали, натуральные уравнения которых могут быть записаны в виде r = as^m, где r - это радиус кривизны, а s - это длина дуги, или как любой другой тип обмотки первого и второго проводов вокруг центра. Очевидно, что тип обмотки вокруг центра может быть разработан для удовлетворения конкретной инженерной потребности требуемой катушки индуктивности передатчика, и такая обмотка будет находиться в пределах объема настоящего технического решения.

[0024] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика расстояние от центра до внутреннего периметра катушки индуктивности, образованной первым проводом и вторым проводом, больше, чем сумма толщин первого провода и второго провода. Например, между центром и внутренним периметром может быть полость или может содержаться диэлектрик.

[0025] В некоторых вариантах реализации катушка индуктивности может быть любой геометрической формы, она может быть круглой, прямоугольной, квадратной, треугольной, трапециевидной, гексагональной, эллиптической, овальной, многоугольной, частично сферической или любой другой геометрической формы, которая имеет наружный периметр и внутренний периметр, при условии, что расстояние от центра до внутреннего периметра больше, чем сумма толщин первого и второго проводов.

[0026] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика первый провод и второй провод образуют плоскую катушку индуктивности, состоящую из одного слоя первого провода и второго провода. Структура плоской катушки индуктивности может оказаться полезной в некоторых инженерных реализациях настоящего технического решения. В конструкции плоской катушки индуктивности первый провод и второй провод находятся вместе практически в одной плоскости. Очевидно, что в некоторых вариантах внедрения настоящего технического решения обмотка первого и второго провода может слегка смещаться от одной плоскости, как показано на Фиг. 33, образуя плоскость, которая слегка толще, чем диаметр первого или второго провода. Смещение проводов друг относительно друга может определяться конкретной инженерной потребностью и находится в пределах объема настоящего технического решения.

[0027] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика первый провод и второй провод образуют два или большее число слоев первого провода и второго провода. Например, форма катушки индуктивности передатчика может содержать несколько слоев первого провода и второго провода, а катушки индуктивности можно наматывать, используя спиральные подходы к обмотке, которые включают спираль Архимеда, гиперболическую спираль, спираль Галилея, спираль Ферма, параболическую спираль, спираль Литууса, псевдоспираль, натуральные уравнения которых могут быть записаны в виде r = as^m, где r - это радиус кривизны, а s - это длина дуги. Первый провод и второй провод могут быть обмотаны, чтобы образовать первый слой, который находится практически в одной плоскости, а затем выполняется обмотка, чтобы образовать второй слой вблизи первого слоя во второй плоскости, и т. д. Обмотка первого провода относительно второго провода может быть симметричной, как показано на Фиг. 34 или может быть асимметричной, как показано на Фиг. 35. Дополнительно, первый провод и второй провод, образующие первый и второй слой, могут быть слегка смещены друг относительно друга, как показано на Фиг. 36. Очевидно, что величина смещения первого провода и второго провода друг относительно друга может определяться конкретной инженерной потребностью. Также очевидно, что число слоев обмотки может составлять два, три, четыре, пять и т. д., в зависимости от конкретной инженерной потребности проектирования конкретной катушки индуктивности, причем любое число слоев находится в пределах объема настоящего технического решения.

[0028] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика первый провод и второй провод образуют кольцо. Кольцо имеет по меньшей мере один слой, т. е. первый провод и второй провод обматываются вокруг центра в одной плоскости, а расстояние от центра до внутреннего периметра больше или равно ширине кольца. Кольцо имеет внутренний периметр, который больше, чем ширина кольца. Очевидно, что кольцо может иметь несколько слоев катушки индуктивности первого провода и второго провода, обмотанных вокруг центра (не показано). Очевидно, что обмотка первого провода и второго провода может находиться в одной плоскости, может быть слегка смещена, может быть выполнена симметрично одна поверх другой, может быть выполнена асимметрично одна поверх другой или может быть выполнена одна поверх другой с небольшим смещением, как показано на Фиг. 32, 33, 34, 35 и 36, соответственно.

[0029] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика первый провод и второй провод обмотаны так, чтобы образовать тороидную форму, имеющую совокупность слоев первого и второго провода, где диаметр полого центра (внутренний периметр) тороида может быть меньше, чем ширина/высота тороида, может быть равным ширине/высоте тороида или может быть больше, чем ширина/высота тороида. Поперечное сечение формы тороида может быть круглым овальным, эллиптическим, прямоугольным, квадратным, трапециевидным или гексагональным. Поперечное сечение формы тороида катушки индуктивности показано на Фиг. 37. Очевидно, что обмотка первого провода и второго провода может быть выполнена симметрично одна поверх другой, может быть выполнена асимметрично одна поверх другой или может быть выполнена одна поверх другой с небольшим смещением, как показано на Фиг. 34, 35 и 36, соответственно.

[0030] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика первый провод и второй провод могут быть обмотаны вокруг центра произвольно, если только первый провод и второй провод вокруг расположены друг вдоль друга. Очевидно, что обмотка может иметь тороидальную форму, т. е. иметь полый центр (внутренний периметр) и обмотку, имеющую сравнимую толщину по всей тороидальной форме. В другом примере обмотка может иметь цилиндрическую форму с полым центром (внутренним периметром) и толстую периферию (внешний периметр), образованную несколькими обмотками первого и второго проводов. В следующем примере обмотка может иметь большую, чем толщина, высоту. В еще одном примере обмотка может иметь любую геометрическую форму, иметь несколько слоев первого провода и второго провода, где геометрическая форма может иметь свой наружный периметр, свой внутренний периметр или оба периметра круглой, прямоугольной, квадратной, треугольной, гексагональной, эллиптической, овальной, трапециевидной, многоугольной или любой другой геометрической формы, которая выбирается разработчиками для реализации настоящего технического решения, при условии, что провода внутри передатчика с обмотками создают распределенную емкость между первым проводом и вторым проводом вдоль их длин.

[0031] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика первый провод может быть обмотан вокруг второго провода, причем первый провод и второй провод могут быть тесно сплетены, как показано на Фиг. 38 и 39, соответственно. Например, первый провод может быть обмотан вокруг второго провода (и наоборот), и первый и второй провода могут быть обмотаны вокруг центра любым удобным способом, примеры которых описаны выше. Например, также возможно обмотать часть одного провода вокруг другого, а другую часть проводов можно расположить друг вдоль друга без обмотки друг вокруг друга внутри катушки индуктивности передатчика (не показано).

[0032] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика первый провод - это совокупность изолированных первых проводов, а второй провод - это совокупность изолированных вторых проводов. Например, совокупность изолированных первых проводов может представлять собой многожильный провод, провод в оплетке, плавкий провод, витой провод, мишурный провод или любое другое сочетание проводов, которые изолированы друг от друга. Очевидно, что каждый из изолированных проводов внутри совокупности первых проводов или совокупности вторых проводов может рассматриваться как первый провод и как второй провод, и они могут быть присоединены к противоположным выводам источника питания переменного тока в соответствии с принципами настоящего технического решения.

[0033] Например, многожильный провод, где каждая жила изолирована диэлектриком, может быть обмотан вокруг центра, как это описано в настоящем документе. Присоединение части изолированных жил многожильного провода к одному из выходов источника питания переменного тока (т. е. такие жилы представляют собой совокупность первых проводов) и присоединение другой части изолированных жил многожильного провода в противоположном направлении к источнику питания переменного тока (т. е. такие жилы представляют собой совокупность вторых проводов) будет, фактически, создавать передатчик в соответствии с настоящим изобретением. В этом случае, когда одна часть изолированных жил многожильного провода присоединена к одному из выходов источника питания переменного тока, а другая часть изолированных жил многожильного провода присоединена к противоположному выходу источника питания переменного тока и при условии, что длина многожильного провода, который обмотан вокруг центра, является относительно короткой (например, от 1 до 10 метров), емкость между изолированными жилами, которые присоединены к противоположным направлениям переменного тока, будет относительно низкой (например, от 0,03 до 0,72 нФ), и передатчик будет работать более эффективно на более высоких частотах переменного тока (например, от 1,5 до 15 МГц).

[0034] Например, передатчик может быть создан из двух многожильных проводов, каждый из которых содержит в себе изолированные жилы, так что один многожильный провод - это первый провод, а другой многожильный провод - это второй провод, причем оба они обмотаны вокруг центра в катушке индуктивности в соответствии с настоящим техническим решением, и оба они присоединены к источнику питания переменного тока в противоположных направления (т. е к противоположным выходам источника питания переменного тока) в соответствии с настоящим техническим решением. В этом случае, при условии, что многожильные провода являются относительно длинными (например, от 10 до 100 метров), емкость между многожильными проводами (т. е. емкость, измеренная между первым проводом и вторым проводом в любой точке вдоль проводов) будет относительно большей по сравнению с примером, приведенным выше в параграфе 33 (например, от 0,3 до 10 нФ), и передатчик будет работать более эффективно при более низких частотах переменного тока (например, от 0,1 до 1,5 МГц), чем в примере параграфа 33.

[0035] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика совокупность изолированных первых проводов и совокупность изолированных вторых проводов состоит из любой совокупности проводов от 2 до 10000. Например, может быть 2 изолированных первых провода и может быть 2 изолированных вторых провода. В другом примере может быть больше первых проводов, чем вторых проводов, и наоборот. Соотношение первых проводов ко вторым проводам может составлять 1:1.5, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5 и т. д. В некоторых заявках может быть от 1000 до 5000 изолированных первых проводов, обмотанных внутри передатчика, и может быть от 1000 до 5000 изолированных вторых проводов, обмотанных внутри передатчика. От 1000 до 5000 изолированных первых проводов могут находиться внутри одного экрана или могут быть распределены внутри передатчика при наличии изолирующего экрана для каждого из первых проводов в количестве от 1000 до 5000. Эквивалентно, от 1000 до 5000 изолированных вторых проводов может быть внутри одного экрана или может быть распределено внутри передатчика при наличии изолирующего экрана для каждого из вторых проводов в количестве от 1000 до 5000. Очевидно, что совокупность первых и вторых проводов может быть обмотана внутри передатчика любым удобным способом, включая конструкции катушек индуктивности, описанные в настоящем документе.

[0036] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика первый провод или второй провод может быть обычным проводом или может быть плоской проводящей линией. Плоская проводящая линия может быть изготовлена любым удобным способом производства, включая способ печатных плат, способ лазерной резки, экструзию, прессование или любой другой подходящий способ производства.

[0037] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика ток - это переменный ток, имеющий рабочую частоту в пределах от 100 Гц до 20 МГц. Очевидно, что выбранный переменный ток зависит от характеристик нагрузки катушки индуктивности приемника, от характеристик генерации электроэнергии, поставляющей электрическую энергию на передатчик, характеристик самого передатчика (числа катушек индуктивности, типа проводов, типа уравновешивающего элемента, числа независимых или зависимых уравновешивающих элементов, размера и т. д.), специфики конкретного инженерного решения, которое решается передатчиком, требуемого согласования импеданса между катушками индуктивности передатчика и приемника, и т. д.

[0038] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика изоляция включает одно из следующего: воздуха, твердых диэлектриков, органических диэлектриков, неорганических диэлектриков (поляризованных диэлектриков, неполяризованных диэлектриков, ионных диэлектриков) и вакуума. Очевидно, что тип изоляции, выбранной для конкретной реализации настоящего технического решения зависит от конкретной инженерной проблемы беспроводной передачи электрической энергии, решаемой передатчиком. Изоляция может представлять собой любое сочетание перечисленного выше и не ограничивается приведенным выше перечнем подходящих средств, обеспечивающих то, что ток проводимости не передается гальванически (непосредственно) от первого провода на второй провод и наоборот, а передается посредством тока смещения, генерируемого между первым и вторым проводами. Ток смещения, генерируемый между первым и вторым проводами вдоль их длины, концентрируется внутри диэлектрика, изолирующего первый и второй провода. В случаях, когда первый провод и его изоляция идентичны второму проводу и его изоляции, ток смещения генерируется симметрично в зазоре между токоведущими жилами проводов (т. е. жилами любого проводящего материала, например, металлов и сплавов, включая железо, сталь, латунь, бронзу, медь, алюминий, цинк, золото, серебро и платину, и т. д.). Зазор между токопроводящими жилами проводов может быть заполнен диэлектриком, окружающим каждый провод, если провода плотно собраны вместе. Зазор (диэлектрический зазор) между токопроводящими жилами проводов также может быть заполнен диэлектриком, окружающим каждый из проводов, воздушным зазором, вакуумным зазором или жидкостным зазором. Зазор между токопроводящими жилами проводов также может быть заполнен одним видом диэлектрика, если первый провод и второй провод расположены близко друг к другу и изолированы диэлектриком или если они изготовлены внутри подложки или других соответствующих средств производства. В случаях, когда изоляция первого провода отличается от изоляции второго провода, ток смещения между токопроводящими жилами первого и второго проводов может иметь асимметричную форму. Наличие асимметричной формы тока смещения между первым и вторым проводами может влиять на свойства согласования импеданса передатчика, форму электромагнитного поля, генерируемого передатчиком. Емкостные характеристики зазора между первым и вторым проводами определяются, по меньшей мере частично, диэлектрическими характеристиками, его геометрией и составом его материала.

[0039] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика уравновешивающий элемент имеет уравновешивающую емкость с величиной равной 0,01 нФ - 100 мкФ. Уравновешивающая емкость измеряется между конечной часть первого провода и конечной частью второго провода. В некоторых примерах внедрения изобретения емкость измеряется между вторым концом первого провода конечной части первого провода и вторым концом второго провода конечной части второго провода. Уравновешивающий элемент может быть разработан таким образом, чтобы содержать диэлектрическую изоляцию первого провода, диэлектрическую изоляцию второго провода и диэлектрический зазор между двумя диэлектриками. Уравновешивающая емкость из двух изоляторов и диэлектрического (например, воздушного) зазора может быть рассчитана на основе требуемых технических характеристик передатчика, которые включают, не ограничиваясь перечисленным, размер передатчика, геометрические характеристики катушки индуктивности из первого и второго провода: длину, диаметр проводов, шаг обмотки, расстояние от центра до внутреннего периметра катушки, емкостные свойства диэлектрика, толщину диэлектрика, число слоев обмотки, а также и другие параметры, такие как геометрическая форма обмотки, требуемый импеданс нагрузки, требуемая добротность катушки индуктивности передатчика, требуемая рабочая резонансная частота передатчика, и т. д.

[0040] В других вариантах реализации уравновешивающий элемент - это конденсатор с номинальным значением емкости, которая соединяет посредством емкостной связи второй конец первого провода и второй конец второго провода. Номинальное значение емкостного уравновешивающего элемента рассчитывается, исходя из требуемых технических характеристик передатчика, как указано в выше в параграфе [0039]. Уравновешивающий элемент также может включать любой элемент из следующего перечня: (а) емкость, соединенная со вторым концом первого провода, диэлектрик второго конца первого провода, диэлектрик второго конца второго провода, как показано на (Фиг. 40), (b) емкость, соединенную со вторым концом первого провода, диэлектрик второго конца первого провода, емкость, соединенную со вторым концом второго провода, диэлектрик второго конца второго провода, как показано на (Фиг. 41), (с) индуктивность, соединенную с первым концом первого провода, диэлектрик второго конца второго провода, как показано на (Фиг. 42), (d) емкость и индуктивность, соединенные последовательно, которые соединяют с помощью емкостной связи второй конец первого провода со вторым концом второго провода, как показано на (Фиг. 44), (f) совокупность конденсаторов, соединяющих последовательно или параллельно второй конец первого провода со вторым концом второго провода (не показано), (g) другие элементы, которые соединяют с помощью емкостной связи второй конец первого провода со вторым концом второго провода.

[0041] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика уравновешивающий элемент скомпонован для регулировки резонансной частоты передатчика посредством регулировки уравновешивающей емкости.

[0042] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика передатчик имеет совокупность резонансных частот. По меньшей мере одна из резонансных частот передатчика равна частоте свободных колебаний передатчика, когда уравновешивающий элемент не соединяет посредством емкостной связи второй конец первого провода со вторым концом второго провода. В случаях, когда уравновешивающий элемент соединяет посредством емкостной связи второй конец первого провода со вторым концом второго провода, любая из совокупности резонансных частот меньше, чем частота свободных колебаний передатчика.

[0043] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика увеличение уравновешивающей емкости уравновешивающего элемента снижает резонансную частоту передатчика. Увеличение уравновешивающей емкости уравновешивающего элемента может быть выполнено путем выбора соответствующего диэлектрика для первого провода и соответствующего диэлектрика для второго провода, и регулировки диэлектрического зазора между вторым концом первого провода и вторым концом второго провода, или за счет выбора емкости с большим номинальным значением емкости в пределах уравновешивающего элемента для соединения посредством емкостной связи второго конца первого провода со вторым концом второго провода.

[0044] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика передатчик имеет одну емкость и/или индуктивность, присоединенную последовательно или параллельно к одному из первого провода и/или второго провода. Например, емкость или совокупность емкостей может быть присоединена к первому проводу в любом месте вдоль первого провода последовательно или параллельно. Эквивалентно, индуктивность или совокупность индуктивностей может быть присоединена к первому проводу в любом месте вдоль первого провода последовательно или параллельно. Очевидно, что емкость и индуктивность могут быть присоединены к первому проводу в любом месте вдоль первого провода последовательно или параллельно, а комбинация емкость-индуктивность может рассматриваться как резонансный контур в некоторых частях настоящей заявки на изобретение, без ограничения объема настоящего технического решения. Очевидно, что емкость, индуктивность и/или резонансный контур могут быть аналогичным образом присоединены ко второму проводу в любом месте вдоль второго провода. Емкости и/или индуктивности используются для улучшения согласования импеданса передатчика.

[0045] В некоторых вариантах реализации беспроводного передатчика емкость, соединенная с передатчиком, используется для увеличения фазы тока, а индуктивность, соединенная с передатчиком, используется для уменьшения фазы тока.

[0046] В соответствии со вторым широким аспектом настоящего технического решения раскрыт способ передачи беспроводной электрической энергии. Способ может включать следующие шаги или, при необходимости, большее число шагов. Очевидно, что описанные ниже шаги не требуется осуществлять в какой-либо конкретной последовательности, если только это не указано в явном виде. В первоначальном варианте способ состоит в подаче переменного тока на передатчик на резонансной частоте передатчика или на частоте вблизи резонансной частоты передатчика. В некоторых вариантах реализации может потребоваться определить резонансную частоту передатчика перед подачей переменного тока на передатчик для передачи электрической энергии на приемник. Например, в некоторых случаях рекомендуемая собственная резонансная частота колебаний передатчика может быть указана на компонентах, образующих передатчик, однако, в некоторых случаях резонансная частота может быть определена в зависимости от нагрузки приемника или от условий окружающей среды передатчика, или от технических ограничений источника питания, используемого для подачи электропитания на передатчик. Когда резонансная частота передатчика известна и на передатчик подается переменный ток для последующей передачи, внутри передатчика могут быть выполнены следующие шаги, приводимые в качестве примера:

a. Переменный ток генерирует ток проводимости в токопроводящих компонентах генератора. Ток проводимости протекает в одном направлении через токопроводящие компоненты передатчика от анода к катоду источника питания (выходы генератора и/или приемника являются симметричными, и/или асимметричными), подающего переменный ток, причем анод соединен с первым проводом трансформатора, а катод соединен со вторым проводом трансформатора, а первый провод и второй провод имеют между собой только емкостное соединение без каких-либо непосредственных электрических соединений. Токопроводящие компоненты включают первый провод и второй провод, имеющие между собой емкость. Первый провод не соединен непосредственно со вторым проводом, что предотвращает прямой поток тока проводимости от первого провода ко второму проводу.

b. Существенная часть тока проводимости преобразовывается в ток смещения, который генерируется между емкостными компонентами передатчика за счет электромагнитного поля тока смещения, вращающегося между емкостными компонентами передатчика. Электромагнитное поле тока смещения генерируется током проводимости, протекающим через токопроводящие компоненты передатчика в одном направлении в данный момент времени. Емкостные компоненты распределены вдоль токопроводящих компонент передатчика, а ток смещения емкостных элементов генерирует электромагнитное поле вокруг передатчика, так что электромагнитное поле содержит существенную составляющую электрического поля, которая генерируется током смещения. Составляющая электрического поля скомпонована для ее получения с помощью беспроводного приемника.

[0047] В некоторых вариантах реализации технического решения уравновешивающий элемент может состоять из нескольких электрических деталей или может представлять собой одну электрическую компоненту. В некоторых вариантах реализации он может представлять собой резонансный контур, в других - комбинацию емкостей. Уравновешивающий элемент может быть соединен с первым проводом или со вторым проводом. Может присутствовать несколько уравновешивающих элементов, связывающих посредством емкостной связи конечную часть первого элемента с конечной частью второго элемента.

[0048] Питание передатчика может осуществляться от любого источника питания, например, постоянного тока или переменного тока. Когда передатчик питается от источника постоянного тока, постоянный ток преобразуется в переменный ток посредством соответствующего электрического устройства.

[0049] В некоторых вариантах реализации трансформатора трансформатор имеет преобразователь частоты, который скомпонован, чтобы преобразовать электрический ток, генерируемый источником питания, в переменный ток требуемой резонансной частоты. Передатчик может быть соединен с источником питания через трансформатор, а переменный ток резонансной частоты может быть передан через трансформатор на первый провод или на второй провод, или на оба провода. Также для подачи переменного тока с двух выходов источника питания может использоваться совокупность трансформаторов.

[0050] В некоторых вариантах реализации передатчика резонансный контур используется для согласования по импедансу.

[0051] В некоторых вариантах реализации электроэнергетической системы внутри передатчика может быть больше электрических проводов, которые не образуют замкнутую цепь, т. е переменный ток, генерируемый источником питания, не протекает непосредственно с выхода источника питания на другой выход источника питания.

[0052] Следовательно, для простоты понимания настоящего технического решения электрические провода могут быть обозначены как первый, второй, третий, четвертый, пятый и т. д.; устройства могут быть обозначены как первое, второе, третье, четвертое, пятое и т. д.; такие обозначения не могут рассматриваться как ограничивающие, не изменяют функциональность каждого из таких элементов и не влияют на порядок, тип, хронологию, иерархию или ранжирование таких существительных, а просто указывают, что эти существительные имеют различные прилагательные, связанные с ними, как это более подробно описано ниже. Очевидно, что провод может иметь совокупность вторых концов и совокупность первых концов. Колебательная природа переменного тока, т. е. колебания электрического тока, присутствующие между первым проводом и вторым проводом, создают комбинацию по меньшей мере двух токов для каждого момента колебания: тока проводимости и тока смещения, вместо представления природы электрического тока, связанной с его протеканием по контуру в замкнутой цепи.

[0053] В некоторых вариантах реализации способа способ также включает шаги корректирования переменного тока увеличенной частоты, на основании полученных данных от любого элемента, цепи, преобразователя частоты, первого электрического провода, первого устройства и датчиков, присоединенных к системе.

[0054] В некоторых вариантах реализации способа способ также включает шаг установки передатчика вблизи резонансного режиму путем определения резонансных частот передатчика, которые могут регулироваться уравновешивающим элементом.

[0055] В контексте настоящего описания изобретения, если иное специально не оговорено, "провод" - это непрерывная жила, которая проводит электричество. Может быть один электрический провод или несколько электрических проводов, оба случая включены в выражения "первый провод", "электрический провод" или "второй провод" и т. д.

[0056] В контексте настоящего описания изобретения, если иное специально не оговорено, "устройство" - это любое устройство, способное питаться за счет электричества, и которое может представлять собой один электрический провод или несколько электрических проводов, причем оба случая включены в выражения "первое устройство", "по меньшей мере одно устройство" или "второе устройство".

[0057] В контексте настоящего описания изобретения, если иное специально не оговорено, слова "первый", "второй", "третий" и т. д. были использованы как прилагательные исключительно с целью обеспечить различие между существительными, которое отличает их друг от друга, а не с целью описания любой конкретной взаимосвязи между этими существительными. Поэтому, например, должно быть понятно, что использование терминов "первый провод" и "второй провод" не предназначено для того, чтобы влиять на любой конкретный порядок, тип, хронологию, иерархию или ранжирование (например) между электрическим проводами, а их использование (само по себе) не предназначено для того, чтобы влиять на то, что какой-либо "второй провод" обязательно должен существовать в любой данной ситуации. Также, как обсуждалось в настоящем документе в других контекстах, ссылка на "первый" элемент и "второй" элемент не мешает двум элементам быть одним и тем же фактическим элементом реального мира. Поэтому, например, в некоторых примерах, "первый" провод и "второй" провод могут быть одним и тем же проводом в некоторых случаях, если только они изолированы друг от друга, а в других случаях они могут быть различными проводами.

[0058] Термины "гальванически соединенные" и "соединенные" используются попеременно и означают, что имеется такое соединение между электрическими компонентами (включая провода), что ток проводимости может проходить между ними. Термин "соединенные посредством емкостной связи" означает, что не должно иметь место физическое соединение, поскольку достаточно электромагнитного соединения для передачи тока смещения между электрическими компонентами (включая провода). Термин "цепь" означает, что имеется контур, через который протекает обычная электрическая энергия. Термин "цепь" отличается от концепции "разомкнутой цепи" или "полуразомкнутой цепи".

[0059] Каждый из вариантов реализации настоящего технического решения имеет по меньшей мере одну из упомянутых выше целей и/или один из аспектов, но не обязательно имеет все из них. Должно быть очевидно, что некоторые аспекты настоящего технического решения, которые являются результатом попытки достижения вышеупомянутой цели, могут не удовлетворять этой цели и/или могут удовлетворять другие цели, которые конкретно не были описаны в настоящем документе.

[0060] Дополнительные и/или альтернативные характеристики, аспекты и преимущества вариантов реализации настоящего технического решения станут очевидными из приведенного ниже описания, сопроводительных чертежей и прилагаемой формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0061] Для лучшего понимания настоящего технического решения, а также других его аспектов и дополнительных характеристик, сделана ссылка на приведенное ниже описание, которое должно быть использовано совместно с прилагаемыми чертежами, где:

[0062] Фигура 1- это схематическое представление передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0063] Фигура 2 - это схематическое представление эквивалентной схемы передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0064] Фигура 3 - это схематическое представление эквивалентной схемы передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0065] Фигура 4 - это схематическое представление передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0066] Фигура 5 - это схематическое представление эквивалентной схемы передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0067] Фигура 6 - это схематическое представление эквивалентной схемы передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0068] Фигура 7- это схематическое представление передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0069] Фигура 8 - это схематическое представление передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0070] Фигура 9 - это схематическое представление эквивалентной схемы передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0071] Фигура 10 - это схематическое представление передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0072] Фигура 11- это схематическое представление эквивалентной схемы передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0073] Фигура 12 - это схематическое представление эквивалентой схемы передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0074] Фигура 13 - это схематическое представление передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0075] Фигура 14 - это схематическое представление эквивалентной схемы передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0076] Фигура 15 - это схематическое представление передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0077] Фигура 16 - это схематическое представление эквивалентной схемы передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0078] Фигура 17 - это схематическое представление эквивалентной схемы передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0079] Фигура 19 - это схематическое представление эквивалентной схемы передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0080] Фигура 20 - это схематическое представление передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0081] Фигура 21 - это схематическое представление эквивалентной схемы передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0082] Фигура 22 - это схематическое представление передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0083] Фигура 23 - это схематическое представление эквивалентной схемы передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0084] Фигура 24 - это схематическое представление передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0085] Фигура 25 - это схематическое представление эквивалентной схемы передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0086] Фигура 26 - это схематическое представление передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0087] Фигура 27 - это схематическое представление передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0088] Фигура 28 - это схематическое представление передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0089] Фигура 29 - это схематическое представление формы катушки индуктивности передатчика, реализованной в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0090] Фигура 30 - это схематическое представление формы катушки индуктивности передатчика, реализованной в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0091] Фигура 31- это схематическое представление формы катушки индуктивности передатчика, реализованной в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0092] Фигура 32 - это схематическое представление поперечного сечения катушки индуктивности передатчика, реализованной в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0093] Фигура 33 - это схематическое представление поперечного сечения катушки индуктивности передатчика, реализованной в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0094] Фигура 34 - это схематическое представление поперечного сечения катушки индуктивности передатчика, реализованной в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0095] Фигура 35 - это схематическое представление поперечного сечения катушки индуктивности передатчика, реализованной в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0096] Фигура 36 - это схематическое представление поперечного сечения катушки индуктивности передатчика, реализованной в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0097] Фигура 37 - это схематическое представление части совокупности первых проводов и части совокупности вторых проводов передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0098] Фигура 38 - это схематическое представление части первого провода и части второго провода передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[0099] Фигура 39 - это схематическое представление части первого провода и части второго провода передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00100] Фигура 40 - это схематическое представление уравновешивающего элемента, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00101] Фигура 41 - это схематическое представление уравновешивающего элемента, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00102] Фигура 41а - это схематическое представление уравновешивающего элемента, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00103] Фигура 41b - это схематическое представление уравновешивающего элемента, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00104] Фигура 41c - это схематическое представление уравновешивающего элемента, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00105] Фигура 42 - это схематическое представление уравновешивающего элемента, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00106] Фигура 43 - это схематическое представление уравновешивающего элемента, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00107] Фигура 44 - это схематическое представление уравновешивающего элемента, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00108] Фигуры 45a, 45b, 45c, 45d, 45e - это схематические представления поперечного сечения катушки индуктивности передатчика, реализованной в соответствии с неограничивающими вариантами реализации настоящего технического решения.

[00109] Фигура 46 - это схематическое представление передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00110] Фигура 47 - это графическое представление измерений параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00111] Фигура 48 - это графическое представление измерений параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00112] Фигура 49 - это графическое представление измерений параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00113] Фигура 50 - это графическое представление измерений параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00114] Фигура 51 - это графическое представление измерений параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00115] Фигура 52 - это графическое представление измерений параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00116] Фигура 53 - это графическое представление измерений параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00117] Фигура 54 - это графическое представление измерений параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00118] Фигура 55 - это графическое представление измерений параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00119] Фигура 56 - это графическое представление измерений параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00120] Фигура 57 - это графическое представление измерений параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00121] Фигура 58 - это графическое представление измерений параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00122] Фигура 59 - это графическое представление измерений параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00123] Фигура 60 - это графическое представление измерений параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00124] Фигура 61 - это графическое представление измерений параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00125] Фигура 62 - это графическое представление измерений параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00126] Фигура 63 - это таблица, показывающая измерения параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00127] Фигура 64 - это таблица, показывающая измерения параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00128] Фигура 65 - это таблица, показывающая измерения параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00129] Фигура 66 - это таблица, показывающая измерения параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00130] Фигура 67 - это таблица, показывающая измерения параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00131] Фигура 68 - это таблица, показывающая измерения параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00132] Фигура 69 - это таблица, показывающая измерения параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00133] Фигура 70 - это таблица, показывающая измерения параметров операций варианта реализации передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00134] Фигура 71 - это схематическое представление беспроводной системы передачи электрической энергии, реализованной в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

[00135] Фигура 72 - это схематическое представление передатчика, реализованного в соответствии с вариантом реализации настоящего технического решения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[00136] Обратимся к Фиг. 1, 4, 6, 8, 10, 13, 15, 17, 20, 24, 26 и 27, где показаны схемы различных вариантов реализации беспроводного передатчика энергии 1. Передатчик 1 пригоден для реализации неограниченного числа вариантов реализации настоящего технического решения. Должно быть однозначно понятным, что передатчик 1 показан всего лишь как иллюстративный вариант реализации настоящего технического решения. Поэтому его описание, которое приведено ниже, рассматривается только как описание иллюстративных примеров настоящего технического решения. Это описание не предназначено для определения объема или установления границ настоящего технического решения. В некоторых случаях, которые расцениваются как полезные, ниже также могут быть изложены примеры модификаций в отношении передатчика 1. Это сделано только в качестве помощи для понимания и, снова повторимся, не для того, чтобы определить объем или установить границы настоящего технического решения. Такие модификации не представляют собой исчерпывающий перечень и, как понятно для специалиста в рассматриваемой области техники, также возможны и другие модификации. Кроме того, там, где это не сделано (т. е. где нет примеров указанных модификаций), это не следует интерпретировать таким образом, что модификации невозможны и/или то, что описанное является единственным способом реализации такого элемента настоящего технического решения. Как очевидно для специалиста в рассматриваемой области техники, это, скорее всего, не тот случай. Также очевидно, что передатчик 100 может обеспечивать в определенных случаях простые варианты реализации настоящего технического решения, и что в подобных случаях они представлены, таким образом, в качестве помощи для понимания. Как очевидно для специалиста в рассматриваемой области техники, различные варианты реализации настоящего технического решения могут быть более сложными.

[00137] Передатчик 1 содержит источник питания 2. Источник питания 1 в типичном случае может быть связан с источником питания постоянного тока или переменного тока (не показаны) и может быть обычным источником питания от обычных линий передачи электрической энергии, внутренних, наружных, промышленных, домовых систем, аккумуляторов и тому подобного. Следует отметить, что факт связи энергетической системы 1 с любым типом источника питания не требует предлагать или подразумевать любой режим работы, отличающийся от подачи на систему электрической энергии.

[00138] Передатчик 1 также содержит первый провод 3 и второй провод 4. Первый провод 3 содержит начальную соединительную часть 5 первого провода, среднюю часть 6 первого провода и конечную часть 7 первого провода. Первый провод 3 имеет первый конец 15 первого провода и второй конец 16 первого провода. Второй провод 4 содержит начальную соединительную часть 8 второго провода, среднюю часть 9 второго провода и конечную часть 10 второго провода. Второй провод 4 содержит первый конец 17 второго провода и второй конец 18 второго провода. Очевидно, что описание первого провода 3 и второго провода 4 в терминах частей используется только для простоты понимания и упрощения описания. На практике первый провод 3 будет рассматриваться как целый и второй провод 4 будет рассматриваться как целый, в результате чего каждый провод будет иметь два конца и проводную часть между ними.

[00139] Первый провод 3 содержит проводящую жилу 11, которая погружена в диэлектрик 12, чтобы изолировать первый провод 3. Второй провод 4 содержит проводящую жилу 13, которая погружена в диэлектрик 14, чтобы изолировать второй провод 4. Только для иллюстративных целей Фиг. 1, 4, 6, 8, 10, 13, 15, 17, 20, 24, и 26 показывают первый провод 3 и второй провод 4 как провода, имеющие часть проводящих нитей, свободную от диэлектрика. Очевидно, что на практике первый провод 3 и второй провод 4 будут практически изолированы от окружающей среды, также как и другие устройства (емкости, индуктивности, резонансные контуры, преобразователи частоты, резисторы и т. д.) будут изолированы в соответствии с общепринятой практикой электротехнической инженерии.

[00140] Токопроводящие жилы 11 и 13 могут быть сделаны из одинакового материала или могут быть сделаны из различных материалов. Используемый материал может включать любой приемлемый токопроводящий материал, некоторые примеры, которых приведены выше. Диэлектрики 12 и 14 также могут быть сделаны из одинакового материала или могут быть сделаны из различных материалов, некоторые примеры которых приведены в настоящем документе.

[00141] Первый провод 3 и второй провод 4 показаны как обмотанные вокруг центра 21, создавая катушку индуктивности 20. Катушка индуктивности 20 может быть обмотана вокруг центра 21 любым удобным способом. Примеры возможных обмоток приведены на Фиг. 1, которая иллюстрирует круглую катушку индуктивности 20, где первый провод 3 и четвертый провод 4 обмотаны вокруг центра 21 вблизи друг от друга практически круговым способом. Расстояние от центра до внутреннего периметра 21 показано большим, чем сумма толщин первого провода 3 и второго провода 4. Фиг. 29 показывает обмотку треугольной катушки индуктивности 2920 вокруг центра 2921. Фиг. 30 показывает обмотку прямоугольной катушки индуктивности 3020 вокруг центра 3021. Фиг. 31 показывает намотку гексагональной катушки индуктивности 3120 вокруг центра 3121. Очевидно, что все приемлемые формы проводов могут быть выполнены обмоткой вокруг центра, включая квадрат, эллипс, овал и т. д.

[00142] Фиг. 1, 4, 6, 8, 10, 13, 15, 17, 20, 22 показывают передатчик 1 как плоскую круглую катушку индуктивности 20, и приведены только для целей иллюстративных примеров. Фиг. 27 показывает передатчик 1 как двухслойную катушку индуктивности 2720, содержащую катушку индуктивности первого провода 3, охватывающую катушку индуктивности второго провода 4. Фиг. 26 показывает передатчик 1 как катушку индуктивности 2620 промежуточного типа обмотки, которая частично является плоской и частично двухслойной катушкой индуктивности.

[00143] Фиг. 28 показывает передатчик 1 как четырехслойную катушку индуктивности 2820, содержащую совокупность первых проводов 3, попеременно охватывающих совокупность вторых проводов 4 в последовательности, приведенной для примера, где первый провод 3 охватывает второй провод 4, затем другой первый провод 3 охватывает другой второй провод 4. В четырехслойной катушке индуктивности 2820 провода совокупности первых проводов 3 могут быть соединены друг с другом последовательно, как это показано. Очевидно, что совокупность первых проводов 3 может быть отсоединена друг от друга и может быть соединена с источником питания 2 и с одним или с большим числом уравновешивающих элементов 23 (не показано). Провода совокупности первых проводов 3 внутри четырехслойной катушки индуктивности 2820 могут быть соединены следующим образом: два провода могут быть соединены друг с другом последовательно и соединены последовательно с источником питания 2; или два провода могут быть соединены друг с другом последовательно и параллельно соединены с источником питания 2. Очевидно, что провода совокупности вторых проводов 4 могут быть соединены с источником питания 2 и/или соединены между собой последовательно аналогично проводам совокупности первых проводов 3, как это описано выше. Очевидно, что катушка индуктивности может содержать больше слоев, например, три, четыре, пять, шесть, семь и т. д. (не показано), любой из которых может быть соединен с источником питания 2 и/или соединен последовательно аналогично проводам совокупности первых проводов 3, как это описано выше.

[00144] Направление обмотки первого провода 3 относительно второго провода 4 может быть как направленным в том же направлении, как показано на Фиг. 1, 4, 6, 8, 10, 13, 15, 17, 20, 22 или в противоположном направлении, как показано на Фиг. 26. Обмотка в противоположном направлении, приведенная на Фиг. 26, показывает первый провод 3, обмотанный в противоположном ко второму проводу 4 направлении, и образующий катушку индуктивности 2620, обмотанную вокруг центра 2621, где первый провод 3 охватывает второй провод 4 в точках перекрытия 2622. Обмотка с противоположным направлением катушки индуктивности 2621 может быть полезной для емкостного соединения первого провода 3 со вторым проводом 4 через уравновешивающий элемент 2623 в центре 2621 катушки индуктивности 2620 с целью оптимизации размера передатчика 1. Фиг. 27 показывает обмотку в противоположном направлении первого провода 3 относительно второго провода 4, где катушка индуктивности первого провода 3 полностью охватывает катушку индуктивности второго провода 4. Как показано на Фиг. 27, уравновешивающий элемент 23 приведен для емкостного соединения первого провода 3 со вторым проводом 4 в центре 2721 катушки индуктивности 2720. Очевидно, что в пределах объема настоящего технического решения можно обматывать первый провод 3 и второй провод 4 в любом направлении, если только первый провод 3 связан емкостной связью со вторым проводом 4, обеспечивая, таким образом, емкость между первым проводом 3 и вторым проводом 4 вдоль длины проводов, когда они расположены вблизи друг от друга в катушке индуктивности 20.

[00145] Как показано на Фиг. 1, катушка индуктивности 20 передатчика 1 может быть соединена с источником питания 2 посредством соединений 19. Очевидно, что проводные соединения 19 могут быть выключателями или любыми другими подходящими соединениями, известными в рассматриваемой области техники, которые соединяют провода с источником питания. Дополнительные элементы передатчика 1 могут быть соединены с начальной соединительной частью 5 первого провода и с начальной соединительной частью 8 второго провода. Такие элементы могут включать преобразователи частоты, резонансный контур, согласующие устройства, трансформаторы, резисторы, датчики и другие общеизвестные устройства подходящие для инженерных целей проектирования конкретного передатчика. Для простоты понимания все подобные устройства не показаны в подробностях и приведены как элементы 24 и 25, которые могут быть соединены с начальной соединительной частью 5 первого провода и с начальной соединительной частью 8 второго провода.

[00146] Уравновешивающий элемент 23, приведенный на Фиг. 1, показан как комбинация диэлектрика 12 первого провода 3 и диэлектрика 14 второго провода 4. Уравновешивающий элемент 23 показан в поперечном сечении для простоты понимания и для простоты представления нитей 11 и 13, погруженных в диэлектрики 12 и 14, соответственно. В некоторых вариантах реализации (не показаны) может иметь место диэлектрический зазор между диэлектриками 12 и 14. Толщина и материал диэлектриков 12 и 14 важны, поскольку уравновешивающая емкость уравновешивающего элемента 23 зависит от характеристик конечной части 7 первого провода и конечной части 10 второго провода. Материалом диэлектриков 12 и 14 может быть любой соответствующий диэлектрик. Толщина диэлектрического зазора может быть минимальной, но, в общем случае, от 0,01 мм до 50 мм, поскольку задача уравновешивающего элемента 23 состоит в том, чтобы регулировать резонансную частоту передатчика 1 и сбалансировать работу резонансного режима передатчика 1, а также работу контуров в различных режимах, т.е.: при увеличении емкости уравновешивающего элемента более чем собственная погонная емкость между проводами - это увеличение интенсивности токов проводимости (дифференциально), значит увеличение магнитного поля системы, при уменьшении емкости уравновешивающего элемента менее чем собственная погонная емкость между проводами - это увеличение интенсивности токов смещения (дифференциально), значит увеличение электрического поля системы).

[00147] На Фиг. 10 уравновешивающий элемент 23 показан как емкость, которая соединяет посредством емкостной связи конечную часть 7 первого провода с конечной частью 10 второго провода. Номинальная величина емкости уравновешивающего элемента 23 может находиться в диапазоне от 5 пФ до 100 мкФ.

[00148] Фиг. 40, 41, 42, 43 и 44 показывают дополнительные иллюстративные варианты уравновешивающего элемента 23. Фиг. 40 показывает уравновешивающий элемент 23 как комбинацию емкости 401, соединенной с конечную частью 7 первого провода, диэлектрика 12 и диэлектрика 14. Фиг. 41 показывает уравновешивающий элемент 23 как комбинацию емкости 411, соединенной с конечной частью 7 первого провода, емкости 412 соединенной с конечной частью 10 второго провода, диэлектрика 12 и диэлектрика 14. Фиг. 42 показывает уравновешивающий элемент 23 как комбинацию индуктивности 421, соединенной с конечной частью 7 первого провода, диэлектрика 12 и диэлектрика 14. Фиг. 43 показывает уравновешивающий элемент 23 как комбинацию резонансного контура 431, состоящего из емкости 432 и индуктивности 433, соединенного с конечной частью 7 первого провода, диэлектрика 12 и диэлектрика 14. Фиг. 44 показывает уравновешивающий элемент 23 как комбинацию резонансного контура 441, состоящего из емкости 442 и индуктивности 443, который соединяет посредством емкостной связи конечную часть 7 первого провода с конечной частью 10 второго провода. Очевидно, что в зависимости от способа производства уравновешивающего элемента 23 может иметь место диэлектрический зазор между диэлектриками 12 и 14 (не показан).

[00149] В существующих катушках индуктивности беспроводной передачи электрической энергии материалы нитей катушек индуктивности и форма материалов диэлектриков одинаковы для всех катушек. Разработка уравновешивающего элемента беспроводной передачи электрической энергии в любой подходящей форме и из любого приемлемого материала находится в пределах объема настоящего технического решения. Например, Фиг. 41 показывает уравновешивающий элемент 23 как комбинацию i) плоской удлиненной части 41а1 жилы 11 конечной части 7 первого провода 3 ii) плоской удлиненной части 41а2 жилы 13 конечной части 10 второго провода 4 и iii) диэлектрической части между нитями конечных частей 7 и 10 первого провода 3 и второго провода 4, соответственно. Фиг. 41b показывает уравновешивающий элемент 23 как комбинацию i) дискообразной части 41b1 жилы 11 конечной части 7 первого провода 3 ii) дискообразной части 41b2 жилы 13 конечной части 10 второго провода 4 и iii) диэлектрической части между нитями конечных частей 7 и 10 первого провода 3 и второго провода 4, соответственно. Дискообразные части нитей могут содержать удлиненные разрезы, углубления, каналы и/или отверстия (все из которых показаны под номером 41b3 на Фиг. 41b) c целью минимизировать паразитические воздействия вихревых токов, индуцированных токов, поверхностных токов и т. д. Очевидно, что концы нитей могут иметь любую приемлемую форму, например, диска, прямоугольника, шара, квадрата, овала, жилы и другие. Толщина уравновешивающего элемента жилы первого провода или второго провода может практически равняться толщине жилы, например, если жила имеет круглое поперечное сечение, толщина уравновешивающего элемента может быть приблизительно такой же, как этот диаметр (понятно, что в некоторых вариантах реализации возможно делать толщину уравновешивающего элемента большей, чем диаметр жилы, или меньшей, чем диаметр жилы). Если жила - это прямоугольная линейная обмотка в катушке индуктивности, например, размеры уравновешивающего элемента жилы могут быть практически теми же, что и форма жилы или могут отличаться от формы жилы, например, уравновешивающий элемент может быть толще или тоньше, чем толщина жилы, уравновешивающий элемент может быть больше или меньше по ширине, чем ширина жилы. Длина уравновешивающего элемента в случаях, когда он является частью жилы, определяется шагом обмотки, внутренним периметром катушки индуктивности 21, общей геометрией катушки индуктивности передатчика и т. д. Очевидно, что длина уравновешивающего элемента, интегрированного в жилу, не больше, чем конечная часть 7 первого провода 3 и конечная часть 10 второго провода 4. Также очевидно, что конечная часть 7 первого провода и конечная часть 10 второго провода расположены рядом друг с другом. Таким образом, части жилы, которые образуют уравновешивающий элемент 23 передатчика 1, являются противоположными по отношению друг к другу. В некоторых вариантах реализации изобретения наибольшие участки частей балансирующего элемента 23 нитей первого провода 3 и второго провода 4 являются противоположными по отношению друг к другу, как показано на Фиг. 41b. В других вариантах реализации изобретения нет необходимости в том, чтобы наибольшие участки частей балансирующего элемента 23 нитей первого провода 3 и второго провода 4 были противоположными по отношению друг к другу. При условии, что во время работы передатчика емкость между первым проводом 3 и вторым проводом 4 зависит от узлов и пучностей распределения напряжения внутри катушки индуктивности 20 передатчика, уравновешивающая емкость уравновешивающего элемента 23 может быть разработана так, чтобы согласовывать требуемые параметры работы передатчика 1 относительно катушки индуктивности приемника и нагрузки, приложенной к катушке индуктивности приемника, как это более подробно описано ниже.

[00150] Передатчик 1 может состоять из совокупности первых проводов 3 и совокупности вторых проводов 4, как показано, например, на Фиг. 4. Конкретно, Фиг. 4 показывает три провода внутри совокупности первых проводов 3 и три провода внутри совокупности вторых проводов 4. Фиг. 4 показывает, что каждый их трех проводов первого провода 3 соединен с источником питания 2 параллельно, и они не соединены друг с другом в их соответствующих конечных частях 7 первого провода. Конечные части 7 первого провода каждого из этих трех проводов взаимодействуют за счет емкостной связи с соответствующими им конечными частями 10 второго провода, которые расположены геометрически наиболее близко друг к другу внутри катушки индуктивности 20 (т. е. смежные провода одного провода совокупности первого провода 3 и одного провода совокупности второго провода 4) через уравновешивающие элементы 23. В многониточной катушке индуктивности 20 первые провода 3 и прилегающие к ним вторые провода 4 генерируют емкость, которая уравновешивается уравновешивающим элементом 23 конечных частей таких прилегающих проводов. Очевидно, что геометрия обмоток катушек индуктивности 20, которые состоят из совокупности первых проводов 3 и совокупности вторых проводов 4, влияет на число уравновешивающих элементов 23 передатчика 1.

[00151] Как показано на Фиг. 13, катушка индуктивности 20 состоит из трех проводов совокупности первых проводов 3 и трех проводов совокупности вторых проводов 4. Начальные соединительные части 5 первых проводов соединены параллельно с источником питания 2. Начальные части 8 вторых проводов соединены параллельно с источником питания 2. Конечные части 7 первых проводов соединены посредством емкостной связи параллельно с уравновешивающим элементом 23, который, в свою очередь, соединен параллельно с конечными частями 10 вторых проводов. Очевидно, что начальные соединительные части первых проводов и/или начальные соединительные части вторых проводов могут быть соединены между собой последовательно (не показано) и/или могут быть соединены последовательно с источником питания 2 (не показано).

[00152] Как показано на Фиг. 15, катушка индуктивности 20 состоит из трех проводов: первого провода 3, второго провода 4 и третьего провода 4'. Первый провод 3 содержит начальную соединительную часть 5, которая соединена с источником питания 2 на первом конце 15 первого провода. Проводное соединение 19 показано на Фиг. 15, однако, понятно, что его можно опустить. Первый конец 16 первого провода имеет емкостную связь через уравновешивающий элемент 23 с первым концом 151 третьего провода. Второй конец 152 третьего провода имеет емкостную связь со вторым концом 18 второго провода. Первый конец 17 второго провода начальной соединительной части 8 второго провода соединен с источником питания 2.

[00153] Как показано на Фиг. 17, катушка индуктивности 20 состоит из шести проводов внутри совокупности первых проводов 3 и трех проводов внутри совокупности вторых проводов 4. Первые концы 15 первого провода соединены параллельно с источником питания 2. Первые концы 17 второго провода соединены параллельно с источником питания 2. Второй конец 16 первого провода соединен через уравновешивающий элемент 23 с геометрически ближайшим (т. е. соседним проводом из совокупности первых проводов 3 и соседним проводом из совокупности вторых проводов 4) вторым концом 18 второго провода. На Фиг. 17 уравновешивающий элемент 23 показан как емкость. Три провода из совокупности первых проводов 3 соединены между собой последовательно (т. е. образуют удлиненный трехкатушечный первый провод 3). Три провода из совокупности вторых проводов 4 соединены между собой последовательно (т. е. образуют удлиненный трехкатушечный второй провод 4). Очевидно, что уравновешивающий элемент 23 может представлять собой комбинацию диэлектрика 12 и диэлектрика 14 в соответствии с настоящим техническим решением.

[00154] Фиг. 20, 22 и 24 иллюстрируют аспект настоящего технического решения, который относится к добавлению дополнительных элементов к передатчику 1. Очевидно, что дополнительными элементами могут быть емкости, индуктивности или резонансные контуры.

[00155] Фиг. 20 иллюстрирует, что дополнительными документами могут быть две емкости 26. Две емкости 26 могут быть идентичными или неидентичными. Одна емкость 26 соединяет посредством емкостной связи конечную часть 7 первого провода с начальной соединительной частью 8 второго провода. Другая емкость 26 соединяет посредством емкостной связи начальную соединительную часть 5 первого провода с конечной частью 10 второго провода. Емкости 26 используются для обеспечения согласования импеданса катушки индуктивности 20 и источника питания 2.

[00156] Фиг. 24 показывает, что дополнительными элементами могут быть две емкости 26. Две емкости могут быть идентичными или неидентичными. Одна емкость 26 соединяет посредством емкостной связи конечную часть 7 первого провода с начальной соединительной частью 8 второго провода. Другая емкость 26 соединяет посредством емкостной связи начальную соединительную часть 5 первого провода с конечной частью 10 второго провода. Емкости 26 используются для обеспечения согласования импеданса катушки индуктивности 20 и источника питания 2. Фиг. 24 отличается от Фиг. 20 тем, что уравновешивающий элемент 23 на Фиг. 24 - это емкость, а уравновешивающий элемент 23 на Фиг. 20 - это комбинация диэлектриков 12 и 14 первого провода 3 и второго провода 4, соответственно.

[00157] Фиг. 22 показывает, что дополнительный элемент - это емкость 26. Емкость 26 может быть совокупностью емкостей, которые могут быть идентичными или неидентичными. Емкость 26 соединяет посредством емкостной связи начальную соединительную часть 5 первого провода с начальной соединительной частью 8 второго провода. Емкость 26 используется для обеспечения согласования импеданса катушки индуктивности 20 и источника питания 2.

[00158] Фиг. 32-36 иллюстрируют поперечные сечения катушек индуктивности 20, показывая относительное положение первого провода 3 ко второму проводу 4 внутри данного поперечного сечения. Очевидно, что примеры, приведенные на Фиг. 32 - 36, являются неограничивающими, и может быть множество различных поперечных сечений, которые зависят от геометрии намотки катушек индуктивности 20.

[00159] Фиг. 32 показывает положение первого провода 3 рядом со вторым проводом 4 в одном слое в плоскости.

[00160] Фиг. 33 показывает первый провод 3, расположенный рядом со вторым проводом 4 со смещением из плоскости одного слоя.

[00161] Фиг. 34 показывает первый провод 3, расположенный рядом со вторым проводом 4 в двух слоях, где катушки индуктивности первого провода 3 расположены друг над другом, и катушки индуктивности второго провода 4 расположены друг над другом.

[00162] Фиг. 35 показывает первый провод 3, расположенный рядом со вторым проводом 4 в двух слоях, где катушка индуктивности второго провода 4 расположена над катушкой индуктивности первого провода 3, и наоборот (т. е. в шахматном порядке).

[00163] Фиг. 36 показывает первый провод 3, расположенный рядом со вторым проводом 4 в двух слоях, где первый провод 3 и второй провод 4 расположены со смещением один над другим (т. е. в смещенном шахматном порядке).

[00164] Знак "+" внутри проводов на Фиг. 34-36 показывает, что провод присоединен к аноду источника питания 2, а знак "-", что провод присоединен к катоду источника питания 2 в данный момент времени. Очевидно, что при изменении переменного тока знаки "+" и "-" изменяются соответственно. Также понятно, что ток проводимости протекает в одном и том же направлении вдоль первого провода 3 и второго провода 4 в данный момент времени, как показано знаком "." и знаком "х".

[00165] Фиг. 37 показывает, что часть четырехслойной катушки индуктивности 20 с поперечным сечением, показывающим знаки "+" и "-" в поперечном сечении проводов, чтобы показать соединения с анодом и катодом источника питания 2, соответственно.

[00166] Фиг. 38 показывает, что второй провод 4 может быть обмотан вокруг первого провода 3.

[00167] Фиг. 39 показывает, что первый провод 3 и второй провод 4 могут быть обмотаны друг вокруг друга (сплетены) вдоль длины проводов.

[00168] Фиг. 45a показывает поперечное сечение двухслойной катушки индуктивности 20, где первый провод 3 и второй провод 4 - это плоские провода, которые намотаны и расположены один над другим, и разделены диэлектриком 12 и/или 14. Для простоты понимания показано, что поперечное сечение имеет центр 21. Так же возможны альтернативные варианты взаимного расположения первого провода 3 и второго провода 4. В частности, Фиг. 45b показывает первый провод 3, расположенный рядом со вторым проводом 4 продольно в двух слоях, где первый провод 3 и второй провод 4 расположены со смещением один над другим (т. е. в смещенном шахматном порядке), Фиг. 45c показывает еще один вариант расположения первого провода 3 и второго провода 4 которые намотаны и расположены один над другим, и разделены диэлектриком 12 и/или 14, на Фиг. 45d показывает первый провод 3, расположенный рядом со вторым проводом 4 поперечно в двух слоях, где первый провод 3 и второй провод 4 расположены со смещением один над другим (т. е. в смещенном шахматном порядке), Фиг. 45e показывает вариант с расположением первого провода 3 и второго провода 4, в двух слоях под различными углами.

[00169] Фиг. 2, 3, 5, 7, 9, 11, 12, 14, 16, 18, 19, 21, 23, 25 и 46 показывают эквивалентные схемы внедрения изобретения передатчика 1, приведенного на Фиг. 1, 4, 6, 8, 10, 13, 15, 17, 20, 22, 24, 26, 27 и 28.

[00170] Фиг. 2 - это эквивалентная схема двухпроводного передатчика 1, приведенного на Фиг. 1. Фиг. 3 показывает эквивалентную схему четырехпроводного передатчика 1 (не показан), которая основывается на модели, приведенной на Фиг. 1.

[00171] Фиг. 5 - это эквивалентная схема шестипроводного передатчика 1, приведенного на Фиг. 4.

[00172] Фиг. 7 - это эквивалентная схема двухпроводного передатчика 1, приведенного на Фиг. 6.

[00173] Фиг. 9 - это эквивалентная схема двухпроводного передатчика 1, приведенного на Фиг. 8.

[00174] Фиг. 11 - это эквивалентная схема двухпроводного передатчика 1, приведенного на Фиг. 10.

[00175] Фиг. 12 показывает эквивалентную схему четырехпроводного передатчика 1, приведенного на Фиг. 28, которая основывается на модели, приведенной на Фиг. 10.

[00176] Фиг. 14 - это эквивалентная схема шестипроводного передатчика 1, приведенного на Фиг. 13.

[00177] Фиг. 16 - это эквивалентная схема трехпроводного передатчика 1, приведенного на Фиг. 15.

[00178] Фиг. 18 - это эквивалентная схема шестипроводного передатчика 1, приведенного на Фиг. 17.

[00179] Фиг. 19 - это эквивалентная схема восьмипроводного передатчика 1 (не показан), которая основывается на модели, приведенной на Фиг. 10.

[00180] Фиг. 21 - это эквивалентная схема двухпроводного передатчика 1, показанного на Фиг. 20.

[00181] Фиг. 23 - это эквивалентная схема двухпроводного передатчика 1, показанного на Фиг. 22.

[00182] Фиг. 25 - это эквивалентная схема двухпроводного передатчика 1, показанного на Фиг. 24.

[00183] Эквивалентная схема передатчиков, показанных на Фиг. 26 и 27, приведена на Фиг. 11.

[00184] Следует отметить, что вариант реализации передатчика 1, приведенный на Фиг. 10 и варианты реализации передатчика 1, приведенные на Фиг. 26 и 27, имеют одну и ту же эквивалентную схему, показанную на Фиг. 11. Тем не менее, различие характеристик вариантов передатчика 1 состоит в том, что резонансная частота вариантов реализации, приведенных на Фиг. 26 и 27, ниже, чем резонансная частота для варианта реализации, приведенного на Фиг. 10. Различие обусловлено типом намотки проводов 3 и 4 внутри катушек индуктивности 20, показанных на Фиг. 10 по сравнению с Фиг. 26 и 27, где на Фиг. 10 провода 3 и 4 обмотаны в одном направлении, а на Фиг. 26 и 27 провода 3 и 4 обмотаны в противоположных направлениях, как это описано выше.

[00185] Эквивалентная схема иллюстративного варианта реализации передатчика 1, какой он может иметь в собранном виде при работе, показана на Фиг. 46. Передатчик 1 содержит катушку индуктивности 20, уравновешивающий элемент 23, согласующий трансформатор 441, емкости согласования импеданса 442 и 443, преобразователь частоты 444, другой преобразователь (тока/напряжения/частоты и др.) 445 и источник питания 2.

[00186] Измерения работы нескольких вариантов реализации настоящего технического решения беспроводного передатчика приведены ниже. Катушки индуктивности А, В и С беспроводного передатчика имеют идентичные физические параметры катушек индуктивности, однако, они имеют различные уравновешивающие емкости своих соответствующих уравновешивающих элементов и различные емкости согласования импеданса, соединенные с катушками индуктивности А, В и С.

[00187] Катушки индуктивности А, В и С - это бифилярные плоские катушки индуктивности, имеющие провода круглых поперечных сечений, где жилы имеют круглые поперечные сечения и диэлектрики имеют круглое поперечное сечение. Для всех катушек индуктивности А, В и С измерения характеристик были выполнены на беспроводном передатчике без присоединенной нагрузки. Источником питания является генератор переменного тока (наименование UTG2025A, однако, очевидно, что возможно использовать любой соответствующий генератор), который непосредственно соединен с усилителем мощности, который непосредственно соединен с катушкой индуктивности беспроводного передатчика. В установке для последующих измерений преобразователь частоты не использовался, однако, понятно, что преобразователь частоты может быть использован. Напряжение было измерено с помощью осциллографа (наименование: Micsig TO1104 Plus. Очевидно, что можно использовать любой соответствующий осциллограф). Диэлектрический материал для диэлектриков каждого из первого провода и второго провода - это силикон для всех катушек индуктивности А, В и С. Понятно, что возможно использовать полипропилен, полиэтилен и его производные, поливинилхлорид и его производные, а также сочетания любых из этих материалов или любых других подходящих материалов. Понятно, что толщина диэлектрика зависит от требуемого рабочего напряжения передатчика, а также других характеристик. Диэлектрики могут включать любой соответствующий наполнитель, например, оксид алюминия, графит, пластики, отвердители, мембраны с порами стандартного размера и т. д. Материалом жилы первого и второго провода является медь.

[00189] Теоретический расчет проводимости и сопротивления основывается на теоретической модели резонансного контура с приведенными ниже сосредоточенными параметрами с использованием следующей формулы:

Z - это полное волновое сопротивление катушки индуктивности передатчика,

R - это полное активное сопротивление передатчика (резистивные потери первого провода, резистивные потери второго провода и резистивные потери генератора),

Q - это добротность катушки индуктивности передатчика,

ω0 - это резонансная частота передатчика, имеющего катушку индуктивности, и

ω - это рабочая частота в данный момент времени.

[00189] В более общем виде расчет теоретической модели в передающей линии выполняется на основе характеристического импеданса (волнового полного сопротивления):

[00190]

[00191] Um - это амплитуда напряжения волны.

[00192] Im - это амплитуда тока волны.

[00193] Катушки индуктивности передатчика А, В и С не являются бесконечными линиями передачи, однако, они ведут себя как бесконечные линии передачи в некоторых режимах работы, создавая режим работы "квазираспределенного параметра". Квазираспределенные параметры катушки индуктивности могут быть аппроксимированы путем теоретического расчета катушки индуктивности с использованием сосредоточенных параметров. В другом расчете может быть полезным использовать интеграл емкости между первым проводом и вторым проводом вдоль их длин. Аналогично, индуктивность первого провода и/или второго провода может быть рассчитана теоретически при использовании интеграла индуктивностей малых частей первого провода и/или второго провода вдоль их длин. В классических катушках индуктивности, которые работают в статическом режиме работы с сосредоточенными параметрами, емкость между первым проводом и вторым проводом является постоянной, и индуктивность вдоль первого провода и второго провода является постоянной. В настоящем техническом решении при динамической работе, т. е. при работе в режиме квазираспределенного параметра, емкость между первым проводом и вторым проводом вдоль их длин может изменяться вдоль длин проводов, также как и индуктивность различных частей первого провода и/или второго провода может изменяться вдоль длин проводов.

[00194] В случае, когда передатчик не находится в резонансном режиме, т. е. работает на частоте, отличающейся от резонансной частоты, емкость между первым проводом и вторым проводом в различных точках может слегка изменяться. Кроме того, индуктивность первого провода может слегка изменяться по всему первому проводу, аналогично, индуктивность второго провода может слегка изменяться по всему второму проводу.

[00195] В случае, когда передатчик находится в резонансном режиме, т. е. работает на резонансной частоте, емкость между первым и вторым проводами может существенно изменяться в зависимости от пучностей напряжения. Кроме того, индуктивность первого провода вдоль первого провода может существенно изменяться в зависимости от пучностей тока, аналогично индуктивность второго провода вдоль второго провода может существенно изменяться в зависимости от пучностей тока. При работе на резонансной частоте ток находится на максимуме внутри катушки индуктивности передатчика по сравнению с работой на других частотах, отличающихся от резонансной частоты. Очевидно, что передатчики имеют несколько резонансных частот, и передатчик может вести себя по-разному на различных резонансных частотах. Например, резонансные частоты могут составлять ¼ длины волны, ½ длины волны, ¾ длины волны, 5/8 длины волны и т. д. Некоторые резонансные частоты могут быть кратны длине волны, а другие могут не быть не кратными длине волны.

[00196] В случае, когда уравновешивающая емкость уравновешивающего элемента больше, чем емкость между первым проводом и вторым проводом, измеренная в резонансном режиме работы, передатчик работает в режиме, который может быть аппроксимирован сосредоточенными параметрами (режимом сосредоточенных параметров). Этот режим работы обеспечивает большую гибкость проектирования и эффективность передачи электрической энергии, когда предпочтительно, чтобы передатчик работал больше в магнитных полях, чем в электрических полях.

[00197] В случае, когда уравновешивающая емкость уравновешивающего элемента меньше, чем емкость между первым проводом и вторым проводом, измеренная в резонансном режиме работы, передатчик работает в режиме, который может быть аппроксимирован распределенными параметрами передающей линии (режимом распределенных параметров). Этот режим работы обеспечивает большую гибкость проектирования и эффективности передачи электрической энергии, когда предпочтительно, чтобы передатчик работал больше в электрических полях, чем в магнитных полях.

[00198] В случае, когда уравновешивающая емкость уравновешивающего элемента равна емкости между первым проводом и вторым проводом, измеренной в резонансном режиме работы, передатчик работает в среднем режиме распределенных и сосредоточенных параметров. Этот режим работы обеспечивает наибольшее расстояние передачи электрической энергии.

[00199] Катушка индуктивности А имеет погонную емкость равную приблизительно 10,5 нФ. Катушка индуктивности А не имеет соединенных с ней емкостей согласования импеданса. Катушка индуктивности А - это бифилярная плоская катушка индуктивности, которая может быть схематически представлена на Фиг. 1. Эквивалентная схема катушки индуктивности А показана на Фиг. 2. Погонная емкость катушки индуктивности А состоит из диэлектрика первого провода, диэлектрика второго провода, жилы конечной части первого провода и жилы конечной части второго провода. Жила конечной части первого провода может быть спроектирована так, чтобы иметь несколько более плоскую часть и/или увеличенную часть и/или дискообразную часть по сравнению с оставшейся жилой (т. е. по сравнению со средней частью первого провода и с начальной соединительной частью первого провода). Конечная часть первого провода и конечная часть второго провода расположены вблизи друг от друга без воздушного зазора между ними. При условии, что диэлектрики первого и второго проводов являются круглыми, на линии, где соприкасаются первый и второй провода, нет воздушного зазора, однако, за счет круглой формы диэлектриков минимальный воздушный зазор присутствует на удалении от линии соприкосновения диэлектриков первого и второго проводов.

[00200] Катушка индуктивности В имеет уравновешивающую емкость уравновешивающего элемента с номиналом 1,44 нФ, которая остается той же величины как при подаче тока на передатчик, так и без тока. Катушка индуктивности В не имеет емкостей согласования импеданса, соединенных с ней. Катушка индуктивности В - это бифилярная плоская катушка индуктивности, которая может быть схематически представлена на Фиг. 10. Эквивалентная схема катушки индуктивности В показана на Фиг. 11.

[00201] Катушка индуктивности С имеет погонную емкость 10,5 нФ, и имеет две компенсирующие(уравновешивающие) емкости, как показано на Фиг. 20. Эквивалентная схема катушки индуктивности С показана на Фиг. 21. Жила конечной части первого провода может быть спроектирована так, чтобы иметь несколько более плоскую часть и/или увеличенную часть и/или дискообразную часть по сравнению с оставшейся жилой (т. е. по сравнению со средней частью первого провода и с начальной соединительной частью первого провода). Конечная часть первого провода и конечная часть второго провода расположены вблизи друг от друга без воздушного зазора между ними. При условии, что диэлектрики первого и второго проводов являются круглыми, на линии, где соприкасаются первый и второй провода, нет воздушного зазора, однако, за счет круглой формы диэлектриков минимальный воздушный зазор присутствует на удалении от линии соприкосновения диэлектриков первого и второго проводов.

[00202] Резонансная частота передатчика, содержащего катушки индуктивности А, В и С, изменяется в зависимости от значений уравновешивающей емкости и значений емкости для емкостей согласования импеданса. По сравнению с классическими передатчиками с классическими катушками индуктивности передатчики с катушками индуктивности А, В и С являются более устойчивыми в резонансном режиме работы.

[00203] Катушка индуктивности А беспроводного передатчика

[00204] Размеры и физические параметры, приведенные в таблица (а), представляют параметры катушки индуктивности (А) в следующем виде:

[00205] Измерения рабочих параметров беспроводного передатчика, содержащего катушку индуктивности (А), приведены в Таблице 1 на Фиг. 64 раздела чертежей этого документа. Графики, иллюстрирующие взаимосвязь между измерениями рабочих параметров катушки индуктивности (А), приведены на Фиг. 47 и Фиг. 48.

[00206] В Таблице 1 отсчеты Ток1 и Ток2 получены разными датчиками для более точного измерения тока внутри катушки индуктивности А.

[00207] График, приведенный на Фиг. 47, иллюстрирует взаимосвязь между проводимостью (измеренной в сименсах/обратных омах) и подаваемой частотой (измеренной в КГц) напряжения питания. Конкретно, график на Фиг. 47 показывает сравнение измеренной проводимости и частоты катушки индуктивности (А) при работе и расчетное ожидание (математическую оценку) взаимосвязи проводимости и частоты катушки индуктивности, имеющей физические параметры катушки индуктивности (А). Измеренные значения представлены как квадратные точки на сплошной линии графика, а расчетные значения представлены как ромбические точки на пунктирной линии графика.

[00208] График, показанный на Фиг. 48, иллюстрирует взаимосвязь сопротивления катушки индуктивности (А), (измеренного в омах) и частоты (измеренной в КГц) подаваемого напряжения. Конкретно, график на Фиг. 48 показывает сравнение измеренного сопротивления и частоты катушки индуктивности (А) при работе и расчетное ожидание (математическую оценку) взаимосвязи сопротивления и частоты катушки индуктивности, имеющей физические параметры катушки индуктивности (А). Измеренные значения представлены как квадратные точки на сплошной линии графика, а расчетные значения представлены как ромбические точки на пунктирной линии графика.

[00209] Теоретический расчет проводимости и сопротивления основывается на теоретической модели резонансного контура со следующими сосредоточенными параметрами: активным сопротивлением равным 3, 7 Ом, добротностью (Q) равной 9 и резонансной частотой катушки индуктивности (А) равной 57,1 КГц. Как описано выше, используется следующая формула:

[00210] Понятно, что определенная величина шума при измерениях может повлиять на измеренные проводимость и сопротивление, что может рассматриваться как расхождение между расчетными и измеренными линиями на графиках Фиг. 47 и 48 на низких частотах, где величины сигнала являются низкими.

[00211] Эффективные параметры эквивалентной схемы передатчика, имеющего катушку индуктивности (А) являются следующими: резонансная частота 57,1 Кгц; добротность (Q) равна 9; характеристический импеданс (Z0) равен 36 Ом, емкость (С) равна 8,6 нФ, а индуктивность (L) составляет 903 микрогенри.

[00212] Катушка индуктивности В беспроводного передатчика:

[00213] Размеры и физические параметры, приведенные в Таблице (В), представляют параметры катушки индуктивности (В) беспроводного передатчика и имеют следующие значения:

Таблица (B): физические параметры катушки индуктивности (B) Беспроводной передатчик, содержащий бифилярную однослойную катушку индуктивности единиц измерение Расстояние от центра до внутреннего периметра катушки индуктивности передатчика (т. е. внутренний диаметр катушки индуктивности) метров 0,04 Наружный диаметр катушки индуктивности передатчика метров 0,618 Длина первого провода метров 59 Длина второго провода метров 59 Диаметр (толщина) первого провода мм 1 Диаметр (толщина) второго провода мм 1 Слои обмотки катушки слой 1 Расстояние между катушкой индуктивности первого провода и катушкой индуктивности второго провода мм 0 Общая измеренная индуктивность провода 1 от первого конца до второго конца (L1) мГн 1,03 Общая измеренная индуктивность провода 2 от первого конца до второго конца (L2) мГн 1,05 Емкость между первым проводом и вторым проводом нФ 10,5 Сопротивление первого провода (R1) Ом 1,70 Сопротивление второго провода (R2) Ом 1,25 Уравновешивающая емкость (Cb) нФ - Сопротивление нагрузки (Rn) Ом -

[00214] Измерения рабочих параметров беспроводного передатчика, содержащего катушку индуктивности (В), приведены в Таблице 2 Фиг.64 раздела чертежей этого документа. Графики, иллюстрирующие взаимосвязь между измерениями рабочих параметров катушки индуктивности (В), представлены на Фиг. 49 и Фиг. 50.

[00215] График, приведенный на Фиг. 49, иллюстрирует взаимосвязь между проводимостью (измеренной в сименсах/обратных омах) и подаваемой частотой (измеренной в КГц) напряжения питания. Конкретно, график на Фиг. 49 показывает сравнение измеренного сопротивления и частоты катушки индуктивности (В) при работе и расчетное ожидание (математическую оценку) взаимосвязи сопротивления и частоты катушки индуктивности, имеющей физические параметры катушки индуктивности (В). Измеренные значения представлены как квадратные точки на сплошной линии графика, а расчетные значения представлены как ромбические точки на пунктирной линии графика.

[00216] График, показанный на Фиг. 50, иллюстрирует взаимосвязь сопротивления катушки индуктивности (В), (измеренного в омах) и частоты (измеренной в КГц) подаваемого напряжения. Конкретно, график на Фиг. 50 показывает сравнение измеренного сопротивления и частоты катушки индуктивности (В) при работе и расчетное ожидание взаимосвязи (математическую оценку) сопротивления и частоты катушки индуктивности, имеющей физические параметры катушки индуктивности (В). Измеренные значения представлены как квадратные точки на сплошной линии графика, а расчетные значения представлены как ромбические точки на пунктирной линии графика.

[00217] Эффективные параметры эквивалентной схемы передатчика, содержащего катушку индуктивности (В), являются следующими: резонансная частота равна 56,4 Кгц; добротность равна 9,64; характеристический импеданс (Z0) равен 38Ом, емкость равна 7,7 нФ, а индуктивность составляет 1,03 миллигенри.

[00218] Катушка индуктивности С беспроводного передатчика:

[00219] В другом варианте внедрения беспроводной передатчик содержит бифилярную плоскую катушку индуктивности, часть которой может быть схематически показана на Фиг. 20, имеющую эквивалентную схему, представленную на Фиг. 21. Передатчик содержит две емкости согласования импеданса 26.

[00220] Размеры и физические параметры, приведенные в Таблице (С), представляют параметры катушки индуктивности (С) беспроводного передатчика, и имеют следующие значения:

[00221] Измерения рабочих параметров беспроводного передатчика, содержащего катушку индуктивности (С), приведены в Таблице 3 на Фиг. 65. Графики, иллюстрирующие взаимосвязь между измерениями рабочих параметров катушки индуктивности (С), приведены на Фиг. 51 и Фиг. 52.

[00222] График, приведенный на Фиг. 51, иллюстрирует взаимосвязь между проводимостью (измеренной в сименсах/обратных омах) и подаваемой частотой (измеренной в КГц) напряжения питания. Конкретно, график на Фиг. 51 показывает сравнение измеренного сопротивления и частоты катушки индуктивности (С) при работе, и расчетное ожидание (математическую оценку) взаимосвязи сопротивления и частоты катушки индуктивности, имеющей физические параметры катушки индуктивности (С). Измеренные значения представлены как квадратные точки на сплошной линии графика, а расчетные значения представлены как ромбические точки на пунктирной линии графика.

[00223] График, показанный на Фиг. 52, иллюстрирует взаимосвязь сопротивления катушки индуктивности (С), (измеренного в омах) и частоты (измеренной в КГц) подаваемого напряжения. Конкретно, график на Фиг. 52 показывает сравнение измеренного сопротивления относительно частоты катушки индуктивности (С) при работе и расчетное ожидание (математическую оценку) взаимосвязи сопротивления и частоты катушки индуктивности, имеющей физические параметры катушки индуктивности (С). Измеренные значения представлены как квадратные точки на сплошной линии графика, а расчетные значения представлены как ромбические точки на пунктирной линии графика.

[00224] Эффективные параметры эквивалентной схемы передатчика, имеющего катушку индуктивности (С) являются следующими: резонансная частота 42,55 Кгц; добротность равна 15; характеристический импеданс (Z0) равен 29,1 Ом, емкость равна 8,6 нФ, а индуктивность составляет 1,63 миллигенри.

[00225] Беспроводной передатчик с катушкой индуктивности D:

[00226] В еще одном варианте внедрения беспроводной передатчик содержит бифилярную плоскую катушку индуктивности D, часть которой может быть схематично представлена на Фиг. 1, а ее эквивалентная схема показана на Фиг. 2. Передатчик был использован для передачи электрической энергии на беспроводной приемник, который содержит бифилярную плоскую катушку индуктивности, имеющую параметры аналогичные параметрам катушки индуктивности передатчика. Измерения характеристик были выполнены на беспроводном передатчике без присоединенной нагрузки. Источником питания является генератор переменного тока (наименование UTG2025A, однако, очевидно, что возможно использовать любой соответствующий генератор), который непосредственно соединен с усилителем мощности, непосредственно соединенным с катушкой индуктивности беспроводного передатчика. В установке для последующих измерений преобразователь частоты не использовался, однако понятно, что преобразователь частоты может быть использован. Напряжение было измерено с помощью осциллографа (наименование: Micsig TO1104 Plus. Очевидно, что можно использовать любой соответствующий осциллограф). Второй конец первого провода и второй конец второго провода расположены вблизи друг от друга, поэтому уравновешивающий элемент состоит из диэлектриков первого и второго проводов. При условии, что диэлектрики первого и второго проводов являются круглыми, соединение между их вторыми концами не имеет воздушного зазора в точке соединения диэлектриков, а минимальный воздушный зазор присутствует на удалении от линии соприкосновения диэлектриков.

[00227] Размеры и физические параметры, приведенные в Таблице (D), представляют параметры катушки индуктивности (D) беспроводного передатчика, и имеют следующие значения:

Таблица (D): физические параметры катушки индуктивности (D) Беспроводной передатчик, содержащий бифилярную однослойную катушку индуктивности единиц измерение Расстояние от центра до внутреннего периметра катушки индуктивности передатчика (т. е. внутренний диаметр катушки индуктивности) метров 0,125 Наружный диаметр катушки индуктивности передатчика метров 0,79 Длина первого провода метров 64 Длина второго провода метров 64 Диаметр (толщина) первого провода мм 2,2 Диаметр (толщина) второго провода мм 2,2 Слои обмотки катушки слой 1 Шаг обмотки мм 3,64 Расстояние между катушкой индуктивности первого провода и катушкой индуктивности второго провода мм 0 Общая измеренная индуктивность провода 1 от первого конца до второго конца (L1) мГн 0,822 Общая измеренная индуктивность провода 2 от первого конца до второго конца (L2) мГн 0,822 Емкость между первым проводом и вторым проводом нФ 19,0 Сопротивление первого провода (R1) Ом 0,29 Сопротивление второго провода (R2) Ом 0,30 Уравновешивающая емкость 1 (Cb) нФ - Уравновешивающая емкость 2 (Cb) нФ - Сопротивление нагрузки (Rn) Ом -

[00228] Измерения рабочих параметров беспроводного передатчика, содержащего катушку индуктивности (D), приведены в Таблице 4 на Фиг. 66. Графики, иллюстрирующие взаимосвязь между измерениями рабочих параметров катушки индуктивности (D), приведены на Фиг. 53 и Фиг. 54. Катушка схематически показана на Фиг. 1 и Фиг.2.

[00229] График, приведенный на Фиг. 53, иллюстрирует взаимосвязь между проводимостью (измеренной в сименсах/обратных омах) и подаваемой частотой (измеренной в КГц) напряжения питания. Конкретно, график на Фиг. 53 показывает сравнение измеренного сопротивления и частоты катушки индуктивности (D) при работе и расчетное ожидание взаимосвязи (математическую оценку) сопротивления и частоты катушки индуктивности, имеющей физические параметры катушки индуктивности (D). Измеренные значения представлены как квадратные точки на сплошной линии графика, а расчетные значения представлены как ромбические точки на пунктирной линии графика.

[00230] График, показанный на Фиг. 54, иллюстрирует взаимосвязь сопротивления катушки индуктивности (C), (измеренного в омах) и частоты (измеренной в КГц) подаваемого напряжения. Конкретно, график на Фиг. 54 показывает сравнение измеренного сопротивления и частоты катушки индуктивности (D) при работе, и расчетное ожидание (математическую оценку) взаимосвязи сопротивления и частоты катушки индуктивности, имеющей физические параметры катушки индуктивности (D). Измеренные значения представлены как квадратные точки на сплошной линии графика, а расчетные значения представлены как ромбические точки на пунктирной линии графика.

[00231] Эффективные параметры эквивалентной схемы передатчика, содержащего катушку индуктивности (D), являются следующими: резонансная частота равна 49,5 Кгц; добротность равна 8,1; характеристический импеданс (Z0) равен 31 Ом, емкость равна 12,8 нФ, индуктивность составляет 808 микрогенри.

[00232] Катушка Е беспроводного передатчика:

[00233] В еще одном последующем варианте внедрения беспроводной передатчик содержит бифилярную многослойную круглую катушку, имеющую поперечное сечение, схематически показанное на Фиг. 37, и имеющую эквивалентную схему, показанную на Фиг. 2. Бифилярная многослойная круглая катушка индуктивности показана на Фиг. 72. Передатчик использовался для передачи электрической энергии на беспроводной приемник, который содержал бифилярную круглую катушку индуктивности, имеющую параметры аналогичные параметрам катушки индуктивности передатчика. Измерения характеристик были выполнены на беспроводном передатчике без присоединенной нагрузки. Источником питания является генератор переменного тока (наименование UTG2025A, однако, очевидно, что возможно использовать любой соответствующий генератор), который непосредственно соединен с усилителем мощности, непосредственно соединенным с катушкой индуктивности беспроводного передатчика. В установке для последующих измерений преобразователь частоты не использовался, однако понятно, что преобразователь частоты может быть использован. Напряжение было измерено с помощью осциллографа (наименование: Micsig TO1104 Plus. Очевидно, что можно использовать любой соответствующий осциллограф). Второй конец первого провода и второй конец второго провода расположены вблизи друг от друга, поэтому уравновешивающий элемент состоит из диэлектриков первого и второго проводов. При условии, что диэлектрики первого и второго проводов являются круглыми, соединение между их вторыми концами не имеет воздушного зазора в точке соединения диэлектриков, а минимальный воздушный зазор присутствует на удалении от линии соприкосновения диэлектриков.

[00234] Размеры и физические параметры, приведенные в Таблице (Е), представляют параметры катушки индуктивности (Е) беспроводного передатчика, и имеют следующие значения:

[00235] Измерения рабочих параметров катушки индуктивности (Е) беспроводного передатчика приведены в Таблице 5 на Фиг. 67 раздела чертежей этого документа. Графики, иллюстрирующие взаимосвязь между измерениями рабочих параметров катушки индуктивности (Е), приведены на Фиг 55 и Фиг. 56.

[00236] График, приведенный на Фиг. 55, иллюстрирует взаимосвязь между проводимостью (измеренной в сименсах/обратных омах) и подаваемой частотой (измеренной в КГц) напряжения питания. Конкретно, график на Фиг. 55 показывает сравнение измеренного сопротивления и частоты катушки индуктивности (Е) при работе, и расчетное ожидание (математическую оценку) взаимосвязи сопротивления и частоты катушки индуктивности, имеющей физические параметры катушки индуктивности (Е). Измеренные значения представлены как квадратные точки на сплошной линии графика, а расчетные значения представлены как ромбические точки на пунктирной линии графика.

[00237] Конкретно, график на Фиг. 56 показывает сравнение измеренного сопротивления и частоты катушки индуктивности (Е) при работе и расчетное ожидание взаимосвязи (математическую оценку) сопротивления и частоты катушки индуктивности, имеющей физические параметры катушки индуктивности (Е). Измеренные значения представлены как квадратные точки на сплошной линии графика, а расчетные значения представлены как ромбические точки на пунктирной линии графика.

[00238] Эффективные параметры эквивалентной схемы передатчика, имеющего катушку индуктивности (Е), являются следующими: резонансная частота равна 127,3 Кгц; добротность равна 91; характеристический импеданс (Z0) равен 7,1 Ом, емкость равна 1,9 нФ, а индуктивность составляет 808 микрогенри.

[00239] Катушка индуктивности (F) беспроводного передатчика:

[00240] В еще одном варианте внедрения изобретения беспроводной передатчик содержит бифилярную однослойную прямоугольную катушку индуктивности с проводами, расположенными ближе к периферии (внешнему периметру) катушки индуктивности, чем к центру катушки индуктивности, которая схематически показана на Фиг. 30 и которая имеет эквивалентную схему, показанную на Фиг. 2. Передатчик был использован для передачи электрической энергии на беспроводной приемник, который содержит бифилярную плоскую катушку индуктивности, имеющую параметры аналогичные параметрам катушки индуктивности передатчика. Измерения характеристик были выполнены на беспроводном передатчике без присоединенной нагрузки. Источником питания является генератор переменного тока (наименование UTG2025A, однако, очевидно, что возможно использовать любой соответствующий генератор), который непосредственно соединен с усилителем мощности, непосредственно соединенным с катушкой индуктивности беспроводного передатчика. В установке для последующих измерений преобразователь частоты не использовался, однако понятно, что преобразователь частоты может быть использован. Напряжение было измерено с помощью осциллографа (наименование: Micsig TO1104 Plus. Очевидно, что можно использовать любой соответствующий осциллограф). Второй конец первого провода и второй конец второго провода расположены вблизи друг от друга, поэтому уравновешивающий элемент состоит из диэлектриков первого и второго проводов. При условии, что диэлектрики первого и второго проводов являются круглыми, соединение между их вторыми концами не имеет воздушного зазора в точке соединения диэлектриков, а минимальный воздушный зазор присутствует на удалении от линии соприкосновения диэлектриков.

[00241] Размеры и физические параметры, приведенные в Таблице (F), представляют параметры катушки индуктивности (F) беспроводного передатчика и имеют следующие значения:

[00242]

[00243] Измерения рабочих параметров катушки индуктивности (F) беспроводного передатчика приведены в Таблице 6 на Фиг. 68. Графики, иллюстрирующие взаимосвязь между измерениями рабочих параметров катушки индуктивности (F), приведены на Фиг. 57 и Фиг. 58.

[00244] График, приведенный на Фиг. 57, иллюстрирует взаимосвязь между проводимостью (измеренной в сименсах/обратных омах) и подаваемой частотой (измеренной в КГц) напряжения питания. Конкретно, график на Фиг. 57 показывает сравнение измеренного сопротивления и частоты катушки индуктивности (F) при работе, и расчетное ожидание (математическую оценку) взаимосвязи сопротивления и частоты катушки индуктивности, имеющей физические параметры катушки индуктивности (F). Измеренные значения представлены как квадратные точки на сплошной линии графика, а расчетные значения представлены как ромбические точки на пунктирной линии графика.

[00245] График, показанный на Фиг. 58, иллюстрирует взаимосвязь сопротивления катушки индуктивности (F), (измеренного в омах) и частоты (измеренной в КГц) подаваемого напряжения. Конкретно, график на Фиг. 58 показывает сравнение измеренного сопротивления и частоты катушки индуктивности (F) при работе, и расчетное ожидание (математическую оценку) взаимосвязи сопротивления и частоты катушки индуктивности, имеющей физические параметры катушки индуктивности (F). Измеренные значения представлены как квадратные точки на сплошной линии графика, а расчетные значения представлены как ромбические точки на пунктирной линии графика.

[00246] Эффективные параметры эквивалентной схемы передатчика, содержащего катушку индуктивности (F), являются следующими: резонансная частота равна 142,4 Кгц; добротность равна 18,5; характеристический импеданс (Z0) равно 15,5 Ом, емкость равна 3,9 нФ, а индуктивность составляет 320 микрогенри.

[00247] Катушка индуктивности G беспроводного передатчика:

[00248] В еще одном последующем варианте внедрения беспроводной передатчик содержит бифилярную многослойную круглую катушку, имеющую поперечное сечение, схематически показанное на Фиг. 37, и имеющую эквивалентную схему, показанную на Фиг. 11. Бифилярная многослойная круглая катушка индуктивности показана на Фиг. 72. Передатчик использовался для передачи электрической энергии на беспроводной приемник, который содержал бифилярную круглую катушку индуктивности, имеющую параметры аналогичные параметрам катушки индуктивности передатчика. Измерения характеристик были выполнены на беспроводном передатчике без присоединенной нагрузки. Источником питания является генератор переменного тока (наименование UTG2025A, однако, очевидно, что возможно использовать любой соответствующий генератор), который непосредственно соединен с усилителем мощности, непосредственно соединенным с катушкой индуктивности беспроводного передатчика. В установке для последующих измерений преобразователь частоты не использовался, однако понятно, что преобразователь частоты может быть использован. Напряжение было измерено с помощью осциллографа (наименование: Micsig TO1104 Plus. Очевидно, что можно использовать любой соответствующий осциллограф). Уравновешивающий элемент - это емкость, имеющая номинальную емкость равную 20 нФ.

[00249] Размеры и физические параметры, приведенные в таблице (G), представляют параметры катушки индуктивности (G) беспроводного передатчика, и имеют следующие значения:

[00250] Измерения рабочих параметров беспроводного передатчика, содержащего катушку индуктивности (G), приведены в Таблице 7 на Фиг. 69 раздела чертежей этого документа. Графики, иллюстрирующие взаимосвязь между измерениями рабочих параметров катушки индуктивности (G), приведены на Фиг 59 и Фиг. 60.

[00251] График, приведенный на Фиг. 59, иллюстрирует взаимосвязь между проводимостью (измеренной в сименсах/обратных омах) и подаваемой частотой (измеренной в КГц) напряжения питания. Конкретно, график на Фиг. 59 показывает сравнение измеренного сопротивления и частоты катушки индуктивности (G) при работе и расчетное ожидание (математическую оценку) взаимосвязи сопротивления и частоты катушки индуктивности, имеющей физические параметры катушки индуктивности (G). Измеренные значения представлены как квадратные точки на сплошной линии графика, а расчетные значения представлены как ромбические точки на пунктирной линии графика.

[00252] График, показанный на Фиг. 60, иллюстрирует взаимосвязь сопротивления катушки индуктивности (G), (измеренного в омах) и частоты (измеренной в КГц) подаваемого напряжения. Конкретно, график на Фиг. 60 показывает сравнение измеренного сопротивления и частоты катушки индуктивности (G) при работе и расчетное ожидание (математическую оценку) взаимосвязи сопротивления и частоты катушки индуктивности, имеющей физические параметры катушки индуктивности (G). Измеренные значения представлены как квадратные точки на сплошной линии графика, а расчетные значения представлены как ромбические точки на пунктирной линии графика.

[00253] Эффективные параметры эквивалентной схемы передатчика, имеющего катушку индуктивности (G) являются следующими: резонансная частота 19,016 Кгц, характеристический импеданс (Z0) равен 397,98 Ом, добротность равна 198.

[00254] Следует отметить, что при изменении рабочей частоты добротность существенно не изменяется.

[00255] Уравновешивающая емкость больше, чем емкость между первым проводом и вторым проводом, так что передатчик работает в режиме, который может быть аппроксимирован сосредоточенными параметрами (режимом сосредоточенных параметров). Этот режим работы обеспечивает большую гибкость проектирования и эффективность передачи электрической энергии, когда предпочтительно, чтобы передатчик работал больше в магнитных полях, чем в электрических полях.

[00256] Катушки индуктивности Н беспроводного передатчика:

[00252] В еще одном последующем варианте внедрения беспроводной передатчик содержит бифилярную многослойную круглую катушку, имеющую поперечное сечение, схематически показанное на Фиг. 37, и имеющую эквивалентную схему, показанную на Фиг. 11. Бифилярная многослойная круглая катушка индуктивности показана на Фиг. 72. Передатчик использовался для передачи электрической энергии на беспроводной приемник, который содержал бифилярную круглую катушку индуктивности, имеющую параметры аналогичные параметрам катушки индуктивности передатчика. Измерения характеристик были выполнены на беспроводном передатчике без присоединенной нагрузки. Источником питания является генератор переменного тока (наименование UTG2025A, однако, очевидно, что возможно использовать любой соответствующий генератор), который непосредственно соединен с усилителем мощности, непосредственно соединенным с катушкой индуктивности беспроводного передатчика. В установке для последующих измерений преобразователь частоты не использовался, однако понятно, что преобразователь частоты может быть использован. Напряжение было измерено с помощью осциллографа (наименование: Micsig TO1104 Plus. Очевидно, что можно использовать любой соответствующий осциллограф). Уравновешивающий элемент - это емкость, имеющая номинальную величину емкости равную 43 нФ.

[00258] Размеры и физические параметры, приведенные в таблице (Н), представляют параметры катушки индуктивности (Н) беспроводного передатчика, и имеют следующие значения:

[00259] Измерения рабочих параметров беспроводного передатчика, содержащего катушку индуктивности (Н), приведены в Таблице 8 на Фиг. 70. Графики, иллюстрирующие взаимосвязь между измерениями рабочих параметров катушки индуктивности (Н), приведены на Фиг 61 и Фиг. 62.

[00260] График, приведенный на Фиг. 61, иллюстрирует взаимосвязь между проводимостью (измеренной в сименсах/обратных омах) и подаваемой частотой (измеренной в КГц) напряжения питания. Конкретно, график на Фиг. 61 показывает сравнение измеренного сопротивления и частоты катушки индуктивности (Н) при работе, и расчетное ожидание (математическую оценку) взаимосвязи сопротивления и частоты катушки индуктивности, имеющей физические параметры катушки индуктивности (Н). Измеренные значения представлены как квадратные точки на сплошной линии графика, а расчетные значения представлены как ромбические точки на пунктирной линии графика.

[00261] График, показанный на Фиг. 62, иллюстрирует взаимосвязь сопротивления катушки индуктивности (H), (измеренного в омах) и частоты (измеренной в КГц) подаваемого напряжения. Конкретно, график на Фиг. 62 показывает сравнение измеренного сопротивления и частоты катушки индуктивности (Н) при работе, и расчетное ожидание (математическую оценку) взаимосвязи сопротивления и частоты катушки индуктивности, имеющей физические параметры катушки индуктивности (Н). Измеренные значения представлены как квадратные точки на сплошной линии графика, а расчетные значения представлены как ромбические точки на пунктирной линии графика.

[00262] Эффективные параметры эквивалентной схемы передатчика, имеющего катушку индуктивности (Н), следующие: резонансная частота равна 12,907 КГц, добротность равна 135, характеристический импеданс равен 278,1 Ом.

[00263] Беспроводная система передачи:

[00264] Ниже описан вариант внедрения беспроводной системы передачи электрической энергии бифилярной многослойной круговой катушки индуктивности, состоящей из беспроводного передатчика и беспроводного приемника. Эквивалентная схема беспроводной системы передачи показана на Фиг. 71. Эквивалентная схема передатчика показана на Фиг. 11. Как показано на Фиг. 71, передатчик 1, приемник 711, передатчик 1 содержит катушку индуктивности 20, первый провод 3, второй провод 4, уравновешивающий элемент 23. Приемник 711 содержит уравновешивающий элемент приемника 7123, первый провод приемника 713, второй провод приемника 714, катушку индуктивности 7120, состоящую из двух проводов 713 и 714, и нагрузку 712, которая присоединена к приемнику 711.

[00265] Катушка индуктивности передатчика и катушка индуктивности приемника, в общем, идентичны и имеют параметры, приведенные в Таблице I. Поперечное сечение катушки индуктивности передатчика и катушки индуктивности приемник схематически показаны на Фиг. 37. Измерения характеристик были выполнены на беспроводном передатчике с переменной нагрузкой, которая состояла из последовательности классических ламп, которые получали питание с использованием беспроводной системы передачи электрической энергии. Источником питания является генератор переменного тока (наименование UTG2025A, однако, очевидно, что возможно использовать любой соответствующий генератор), который непосредственно соединен с усилителем мощности, непосредственно соединенным с катушкой индуктивности беспроводного передатчика. В установке для последующих измерений преобразователь частоты не использовался, однако понятно, что преобразователь частоты может быть использован. Напряжение было измерено с помощью осциллографа (наименование: Micsig TO1104 Plus. Очевидно, что можно использовать любой соответствующий осциллограф). Уравновешивающий элемент передатчика - это емкость, и уравновешивающий элемент приемника - это емкость. Измерения были выполнены для набора уравновешивающих элементов, имеющих следующие уравновешивающие емкости: 0,00001 нФ, 0,022 нФ, 0,36 нФ, 0,72 нФ, 1 нФ, 2,2 нФ, 3,3 нФ, 5 нФ. Уравновешивающие элементы передатчика и приемника для каждого из измерений были идентичными. Расстояние между передатчиком и приемником было установлено на 0,34 метра.

[00266] Размеры и физические параметры передатчика приведены ниже в таблице (I1):

[00267] Размеры и физические параметры приемника приведены ниже в таблице (I2):

[00268] Измерения рабочих параметров беспроводной системы передачи электрической энергии приведены ниже в Таблице 13:

[00269] Как показано в Таблице I3, наибольшая эффективность беспроводной передачи электрической энергии имеет место, когда уравновешивающие емкости уравновешивающих элементов равны 0,36 нФ, 0,72 нФ и 2,2 нФ. Эффективность передачи электрической энергии зависит от расстояния между передатчиком и приемником. Когда расстояние h между передатчиком и приемником увеличивается, беспроводная система передачи электрической энергии стремится к работе в емкостном режиме, который может быть смоделирован с помощью распределенных параметров, основываясь на модели обмотки передающей линии в катушке индуктивности. Когда расстояние h между передатчиком и приемником уменьшается, беспроводная система передачи электрической энергии стремится к работе в индуктивном режиме, который может быть смоделирован с помощью сосредоточенных параметров классической проводной обмотки в катушке индуктивности.

[00270] Модель обмотки передающей линии в катушке индуктивности может быть применена как к емкостному режиму работы, так и к индуктивному режиму работы, включая все промежуточные режимы работы, которые могут быть представлены характристикой квазипередающей линии катушек индуктивности передатчика и приемника.

[00271] Некоторые из таких шагов могут включать передачу - прием сигнала, которая хорошо известна в рассматриваемой области техники, и, поэтому, опущена в некоторых частях этого описания с целью его простоты. Сигналы могут быть отправлены - приняты с использованием любых оптических средств (таких как волоконно - оптическое соединение) и механических средств (таких как определяемые давлением, определяемые температурой или определяемые любыми другими приемлемыми физическими параметрами).

[00272] Для специалистов в рассматриваемой области техники будут очевидными модификации и усовершенствования в отношении описанных выше вариантов реализации настоящего технического решения. Приведенное выше описание рассматривается скорее как иллюстративное, а не ограничивающее. Поэтому объем настоящего технического решения рассматривается как ограниченный исключительно объемом прилагаемой формулы изобретения.

Группа изобретений относится к передатчику и способу беспроводной передачи электрической энергии. Передатчик беспроводной системы передачи энергии содержит первый и второй провода. Первый провод изолирован изоляцией первого провода. Второй провод изолирован изоляцией второго провода. Первый провод расположен вблизи от второго провода. Первый и второй провода содержат начальную соединительную, среднюю и конечную части. Начальная соединительная часть первого провода расположена вблизи конечной части второго провода. Средняя часть первого провода расположена вблизи средней части второго провода. Конечная часть первого провода расположена вблизи начальной соединительной части второго провода. Передатчик имеет совокупность резонансных частот. Любая из совокупностей резонансных частот равна или меньше, чем частота свободных колебаний компоновки первого и второго проводов. Первый и второй провода содержат между собой ёмкость. Передатчик скомпонован так, чтобы генерировать электромагнитное поле в ответ на подачу тока на начальные соединительные части первого и второго проводов. Ток протекает, по меньшей мере, на одной резонансной частоте передатчика или на частоте вблизи, по меньшей мере, от одной резонансной частоты передатчика. Передатчик содержит уравновешивающий элемент. Уравновешивающий элемент скомпонован так, чтобы уравновесить общую ёмкость передатчика. Уравновешивающий элемент содержит уравновешивающую ёмкость между конечными частями первого и второго провода. Достигается увеличение расстояния беспроводной передачи энергии. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 79 ил.

1. Передатчик беспроводной системы передачи энергии, содержащий:

первый провод и второй провод,

первый провод изолирован изоляцией первого провода, а второй провод изолирован изоляцией второго провода,

первый провод расположен вблизи от второго провода,

первый провод содержит начальную соединительную часть первого провода, среднюю часть первого провода и конечную часть первого провода,

второй провод содержит начальную соединительную часть второго провода, среднюю часть второго провода и конечную часть второго провода,

начальная соединительная часть первого провода расположена вблизи конечной части второго провода, средняя часть первого провода расположена вблизи средней части второго провода, а конечная часть первого провода расположена вблизи начальной соединительной части второго провода,

передатчик имеет совокупность резонансных частот, любая из совокупности резонансных частот равна или меньше, чем частота свободных колебаний компоновки первого провода и второго провода,

первый и второй провода содержат между собой емкость,

передатчик скомпонован так, чтобы генерировать электромагнитное поле в ответ на подачу тока на начальную соединительную часть первого провода и на начальную соединительную часть второго провода,

ток протекает по меньшей мере на одной резонансной частоте передатчика или на частоте вблизи по меньшей мере от одной резонансной частоты передатчика,

передатчик содержит уравновешивающий элемент, уравновешивающий элемент скомпонован так, чтобы уравновесить общую емкость передатчика, уравновешивающий элемент содержит уравновешивающую емкость между конечной частью первого провода и конечной частью второго провода.

2. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 1, отличающийся тем, что ток генерирует внутри передатчика ток проводимости и ток смещения.

3. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 1, отличающийся тем, что ток проводимости протекает вдоль первого провода и вдоль второго провода практически в одном и том же направлении.

4. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 1, отличающийся тем, что ток смещения распределен вдоль емкости, и ток смещения имеет первое направление тока смещения между первым проводом и вторым проводом в первый момент времени, и второе направление тока смещения между первым проводом и вторым проводом во второй момент времени, причем первое направление тока смещения противоположно второму направлению тока смещения.

5. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 1, отличающийся тем, что емкость распределена вдоль первого провода и второго провода.

6. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 1, отличающийся тем, что начальная соединительная часть первого провода содержит конец начальной соединительной части первого провода, и конечная часть первого провода содержит второй конец первого провода, и начальная соединительная часть второго провода содержит конец начальной соединительной части второго провода, и конечная часть второго провода содержит второй конец второго провода, причем ток подается на передатчик через конец начального соединения первого провода и через конец начального соединения второго провода, и ток находится на максимуме на конце начального соединения первого провода и на минимуме на втором конце первого провода в первый момент времени, и ток находится на максимуме на конце начального соединения второго провода и на минимуме на втором конце второго провода во второй момент времени.

7. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 6, отличающийся тем, что первый потенциал, измеренный между концом начального соединения первого провода и заземлением, - это первый максимальный потенциал передатчика относительно заземления в первый момент времени, и второй потенциал, измеренный между вторым концом первого провода и заземлением, - это первый минимальный потенциал передатчика относительно заземления в первый момент времени, и третий потенциал, измеренный между первым концом первого провода и заземлением, - это второй максимальный потенциал передатчика относительно заземления во второй момент времени, и четвертый потенциал, измеренный между вторым концом второго провода и заземлением, - это второй минимальный потенциал передатчика относительно заземления во второй момент времени.

8. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 1, отличающийся тем, что первый провод и второй провод обмотаны вокруг центра.

9. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 8, отличающийся тем, что расстояние от центра до внутреннего периметра катушки индуктивности, образованной первым проводом и вторым проводом, больше, чем сумма толщин первого провода и второго провода.

10. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 1, отличающийся тем, что первый и второй провода расположены друг вдоль друга в любой из следующих форм: треугольной форме, прямоугольной форме, эллиптической форме, квадратной форме, трапециевидной форме, гексагональной форме, эллиптической форме, овальной форме, многоугольной форме, частично сферической форме и в форме, имеющей наружный периметр и внутренний периметр, расстояние от центра до внутреннего периметра больше, чем сумма толщин первого провода и второго провода.

11. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 8, отличающийся тем, что первый провод и второй провод образуют плоскую катушку индуктивности, имеющую один слой первого провода и второго провода.

12. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 8, отличающийся тем, что первый провод и второй провод образуют два или большее число слоев первого провода и второго провода.

13. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 1, отличающийся тем, что первый провод и второй провод образуют кольцо, имеющее по меньшей мере один слой.

14. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 1, отличающийся тем, что первый и второй провод образуют тороидную форму, имеющую совокупность слоев первого и второго провода.

15. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 1, отличающийся тем, что первый провод - это совокупность изолированных первых проводов, а второй провод - это совокупность изолированных вторых проводов.

16. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 1, отличающийся тем, что совокупность изолированных первых проводов и совокупность изолированных вторых проводов состоит из любой совокупности проводов от 2 до 10000.

17. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 1, отличающийся тем, что ток - это переменный ток, имеющий частоту от 100 Гц до 20 МГц.

18. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 1, отличающийся тем, что изоляция включает воздушную изоляцию, твердые диэлектрики, диэлектрические жидкости, органические диэлектрики, неорганический диэлектрик и вакуум.

19. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 1, отличающийся тем, что уравновешивающий элемент имеет уравновешивающую емкость, равную (от 0,01 нФ до 100 мкФ) по величине емкости.

20. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 1, отличающийся тем, что уравновешивающий элемент - это емкость, соединяющая последовательно или параллельно первый провод со вторым проводом.

21. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 1, отличающийся тем, что передатчик имеет резонансную частоту, равную частоте свободных колебаний компоновки передатчика из первого провода и второго провода, когда уравновешивающий элемент не работает, и отличающийся тем, что передатчик имеет совокупность резонансных частот, меньших, чем частота свободных колебаний передатчика, когда уравновешивающий элемент работает.

22. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 1, отличающийся тем, что резонансная частота передатчика регулируется уравновешивающим элементом.

23. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 1, также содержащий одну емкость и индуктивность, соединенные последовательно или параллельно с одним проводом из первого провода и второго провода, причем один из элементов емкости и индуктивности скомпонован так, чтобы оптимизировать согласование импеданса передатчика.

24. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 1, отличающийся тем, что емкость, соединенная с передатчиком, используется, чтобы увеличить фазу тока, а индуктивность, соединенная с передатчиком, используется, чтобы уменьшить фазу тока.

25. Передатчик беспроводной системы передачи энергии в соответствии с п. 2, отличающийся тем, что значительная часть тока проводимости преобразуется в ток смещения, и наоборот.

26. Способ беспроводной передачи электрической энергии, включающий:

подачу переменного тока на передатчик на резонансной частоте передатчика или на частоте, близкой к резонансной частоте передатчика,

генерирование тока проводимости в токопроводящих компонентах передатчика, ток проводимости протекает в одном направлении через токопроводящие компоненты передатчика, токопроводящие компоненты включают первый провод и второй провод, имеющие емкость между ними, причем первый провод не соединен непосредственно со вторым проводом, что предотвращает прямой поток тока проводимости из первого провода во второй провод,

преобразование значительной части тока проводимости в ток смещения между емкостными компонентами передатчика за счет генерирования электромагнитного поля тока смещения, вращающегося между емкостными компонентами передатчика, причем емкостные компоненты распределены вдоль токопроводящих компонент передатчика, и

генерирование электромагнитного поля вокруг передатчика, где электромагнитное поле имеет значительную составляющую электрического поля, генерируемую током смещения, причем составляющая электрического поля скомпонована для приема беспроводным передатчиком.