[發明專利]針對電容性無線供電系統的電擊穿保護

有效

• 申請號: 201380045009.8
• 申請日: 2013-08-09
• 公開（公告）號: CN104584447B
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: D.W.范古爾;T.J.P.范登比格拉爾;O.H.威廉森;L.伊塞布特
• 申請（專利權）人: 飛利浦燈具控股公司
• 主分類號: H04B5/00
• 分類號: H04B5/00;H01B3/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 初媛媛,景軍平

技術領域

本發明一般地涉及用于無線功率傳輸的電容性供電系統，并且更特別地涉及在大面積的表面上的無線功率傳輸以及保護這樣的表面以防電擊穿。

背景技術

無線功率傳輸指的是在不具有任何線或接觸的情況下的電功率的供應，由此通過無線介質執行電子設備的供電。無線（無接觸）供電的一個受歡迎的應用是用于便攜電子設備（例如移動電話、膝上型計算機等）的充電。

無線功率傳輸的一個實施方式是通過電感性供電系統。在這樣的系統中，電源（發射器）和設備（接收器）之間的電磁感應允許無線功率傳輸。發射器和接收器二者都裝配有電線圈，并且當被使得物理接近時，電信號從發射器流到接收器。

在電感性供電系統中，在線圈內聚集生成的磁場。作為結果，到接收器拾取（pick-up）場的功率傳輸在空間中是非常集中的。該現象建立了在系統中的熱點，這限制了該系統的效率。為了改進功率傳輸的效率，需要每個線圈的高品質因數。為此，線圈應當具有以下特征：電感與電阻的最優比例，由具有低電阻的材料構成，以及使用利茲線（Litze-wire）工藝制造以降低集膚效應。而且，線圈應當被設計為滿足復雜的幾何結構以避免渦電流。因此，對于高效率的電感性供電系統，要求昂貴的線圈。用于大面積的無接觸功率傳輸系統的設計將使很多昂貴的線圈成為必需。因而，針對這樣的應用，電感性供電系統可能不是可行的。

電容性耦合是用于無線地傳輸功率的另一技術。該技術被主要地用于數據傳輸和感測應用。粘合在窗戶上的具有汽車內的拾取元件的汽車收音機天線是電容性耦合的示例。電容性耦合技術還用于電子設備的無接觸充電。針對這樣的應用，充電單元（實施電容性耦合）在設備的固有諧振頻率之外的頻率下操作。

在相關領域中，還討論了使能LED照明的電容性功率傳輸電路。該電路是基于電源（驅動器）中的電感器。照此，僅單個的接收器可被使用，并且發射器應當被調諧以傳輸最大的功率。在試圖設計具有多個接收器的系統時，這樣的系統將要求在接收器和發射器未被完美地對準時確保來自接收器和發射器的功率傳輸的像素化的電極。然而，增大像素化電極的數量增大了到電極的連接的數量，由此增大功率損耗。如果沒有使用像素化電極，則調諧所有的接收器到同一諧振頻率將不是可行的。因此，當僅具有單個接收器和有限尺寸的電極時，在相關領域中討論的電容性功率傳輸電路不能在大的面積（例如窗、墻等）上供應功率。

設計用于大面積的低成本且高效率的無線功率傳輸系統中的另一挑戰涉及系統的發射器側和接收器側之間的絕緣體的電擊穿。為了提供低成本系統，利用低成本的非傳導材料作為絕緣層。然而，這樣的材料往往在相對低的擊穿電壓下電擊穿。通常，電擊穿指的是例如電線或絕緣層的絕緣體的擊穿，引起絕緣體變成導電的。電擊穿在引起絕緣體的至少一部分變成導電的最小電壓的擊穿電壓下發生。

為了保護電容性功率傳輸系統以防電擊穿，可以在絕緣層中利用對這樣的擊穿魯棒的（robust）非傳導材料。然而，這樣的材料成本顯著多于脆弱的（frail）材料。因此，針對被設計用于大面積表面上的功率傳輸的電容性功率傳輸系統，整個表面（例如墻的表面）需要被覆蓋有魯棒材料以提供被保護以防電擊穿的絕緣層。然而，這樣的設計將顯著增大電容性功率傳輸系統的成本。

公布在電機診斷學，電力電子及驅動（DIAGNOSTICS FOR ELECTRIC MACHINES, POWER ELECTRONICS AND DRIVES） 2005中的MAREK P等人的“用于旋轉電機的絕緣系統中的新方式（A new approach in insulation systems for rotating machines）”公開了一種用于電動機和發電機商業的新的云母帶構造，其中存在用于云母帶的玻璃布載體。

US2010/087143公開了經由電容性耦合進行無線地傳輸數據和功率，其中底電極102至少部分地由一個絕緣層106覆蓋。

因此，將有利的是，提供低成本且可行的解決方案來保護被設計用于大面積的無線供電系統以防電擊穿。

發明內容

本文公開的某些實施例包括一種用于保護電容性功率傳輸系統以防電擊穿的制品。該制品包括由第一類型的非傳導材料制成的非傳導層；以及由第二類型的非傳導材料制成的保護層，其中第二類型的非傳導材料的擊穿電壓高于第一類型的非傳導材料的擊穿電壓，其中保護層僅覆蓋非傳導層的一部分，其中非傳導層和保護層形成電容性功率傳輸系統的絕緣層。