專利名稱：通過穿越電介質(zhì)的局部感應(yīng)傳輸能量的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電能量傳輸專題。對(duì)電力效應(yīng)的觀察，首先是經(jīng)驗(yàn)性地，S卩，17世紀(jì)和18世紀(jì)對(duì)靜電發(fā)電機(jī)的使用，然后是定量地，來自查里斯奧古斯丁庫侖(1736-1806)的工作，該工作被無數(shù)人所繼續(xù)，并被許多發(fā)明所支持，其中第一個(gè)有意義的發(fā)明是萊登瓶發(fā)明，其第一次通過詹姆斯克萊克麥克斯韋先生(1831-1879)統(tǒng)一的形式而組裝和展現(xiàn)。由Heinri chRudolphHertz (1857-1894)發(fā)現(xiàn)的電磁波是1896年由Marconi發(fā)明的無線電的先驅(qū)。由洛倫茲(1853-1928)力關(guān)系補(bǔ)充的麥克斯韋等式，(簡(jiǎn)單的表現(xiàn)，更緊湊的形式)不僅始終相關(guān)聯(lián)而且產(chǎn)生了相對(duì)論。事實(shí)上可以說愛因斯坦運(yùn)用由麥克斯韋-洛倫茲等式所觀察到的洛倫茲變換轉(zhuǎn)置了所述恒定特性到力學(xué)。根據(jù)后者，我們可以將遠(yuǎn)距離作用分為三類純電作用，其相應(yīng)于兩個(gè)距離電荷的機(jī)械排斥/吸引并且其提高了庫侖電勢(shì)的分辨率；純磁作用，其相應(yīng)于兩個(gè)磁體的排斥/吸引并且允許我們定義一個(gè)標(biāo)量磁勢(shì)(不會(huì)與矢量勢(shì)混淆);為了完成這個(gè)設(shè)置，當(dāng)現(xiàn)象展現(xiàn)的變化在時(shí)間上足夠快時(shí)，就出現(xiàn)組合作用并且其對(duì)應(yīng)電磁波的傳輸。我們注意到前兩個(gè)作用不是自傳輸?shù)?，第三個(gè)作用，其相應(yīng)于以光速進(jìn)行的能量傳輸，其與橫向波有關(guān)(而縱向波與麥克斯韋等式不兼容)。我們也注意到，當(dāng)電荷附在物體上時(shí)，一定距離力作用的應(yīng)用(遠(yuǎn)距離力)展現(xiàn)出宏觀力學(xué)特性，或當(dāng)電荷在固定的固體材料中游離時(shí)展現(xiàn)出僅僅是電學(xué)上的宏觀特性。我們將使用下述術(shù)語“電感應(yīng)”(靜電感應(yīng))或簡(jiǎn)單地“感應(yīng)”來定義僅通過電學(xué)力的遠(yuǎn)距離能量傳輸；“磁力感應(yīng)”，或簡(jiǎn)單的“磁感應(yīng)”來定義僅通過磁力的遠(yuǎn)距離能量傳輸。電磁波是一種特殊的粒子，其中能量通過振蕩傳播，在這兩種形式的能量中正交。僅有電磁波能夠遠(yuǎn)距離的傳輸能量，其他情況相應(yīng)于能量存儲(chǔ)在發(fā)電機(jī)周圍的最近區(qū)域中；能量只在短距離內(nèi)，即，本地，可用。數(shù)學(xué)上來說，能量密度，其與標(biāo)量電勢(shì)相關(guān)，隨距離增大而快速減少。電感應(yīng)和磁感應(yīng)應(yīng)用在很多領(lǐng)域并且其應(yīng)用方式也是各種各樣的。涉及電感應(yīng)的機(jī)械應(yīng)用，我們可以注意到，明顯的，應(yīng)用在例如涂料噴射器，照片打印機(jī)，空氣凈化器的這些機(jī)器中的驗(yàn)電器和電荷發(fā)射器(涂料，墨汁，灰塵)。感應(yīng)(磁，電磁)的機(jī)械應(yīng)用是非常廣泛的。在機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的應(yīng)用 背景中，或相反的，對(duì)于磁感應(yīng)，我們能注意到典型的是電機(jī)和電力發(fā)電機(jī)。電感應(yīng)電動(dòng)機(jī)也存在，電感應(yīng)發(fā)電機(jī)也錯(cuò)誤的被稱作“靜電機(jī)器”。磁能(磁感應(yīng))的區(qū)域存儲(chǔ)通過稱作線圈或感應(yīng)線圈的裝置獲得，而電能量(電感應(yīng))的區(qū)域存儲(chǔ)通過電容獲得。磁感線圈或電容的特定配置允許生產(chǎn)出磁感應(yīng)或電感應(yīng)變壓器。應(yīng)該注意到這些類型的裝置涉及交流電流。當(dāng)所用的頻率相當(dāng)?shù)蜁r(shí)電感應(yīng)和磁感應(yīng)的定律在可變應(yīng)用(交流電流)中仍然是有效的，這種情況下我們使用術(shù)語“準(zhǔn)靜電”或“準(zhǔn)靜態(tài)”體系。實(shí)際上，保持裝置的尺寸與其所涉及的介質(zhì)中的波長(zhǎng)相比而言較小是很必要的。對(duì)于高頻，電感應(yīng)和磁感應(yīng)不再是可分離的而必須考慮到傳播現(xiàn)象。我們描述的發(fā)明是基于短距離的電能量傳輸?shù)目赡苄?，其利用電感?yīng)，穿過一個(gè)真空空間或任何介電絕緣材料。在這方面，磁感應(yīng)和電磁波不再對(duì)應(yīng)用的原則作出貢獻(xiàn)并且因此不能出現(xiàn)，除了作為附加裝置或損耗的一部分。根據(jù)本發(fā)明的裝置發(fā)揮了多個(gè)導(dǎo)體之間的多個(gè)電容耦合的作用，所述導(dǎo)體歷來是根據(jù)“部分感應(yīng)下的電導(dǎo)體”而被描述的。這樣的概念和我們以往的觀念非常不同，所述以往的觀念是公知為“全電感應(yīng)”的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，因此似乎我們需要返回靜電的基礎(chǔ)，其允許我們做更精確的定義。如果我們拿一個(gè)球型導(dǎo)體，把它布置在遠(yuǎn)離其他導(dǎo)體處，并給它一個(gè)電荷Q，導(dǎo)體所具有的電勢(shì)V可通過公式獲得V=/ 4ε R按照慣例無窮遠(yuǎn)處是零電勢(shì))，其中R是導(dǎo)體的半徑，ε是周圍介電介質(zhì)的介電常數(shù)。絕緣導(dǎo)體上的電荷與電勢(shì)之間固有的關(guān)系是公式Q = C. V(l)，其中C = 4e R。獲得的電容可稱為導(dǎo)體的“固有電容”，因?yàn)樗銖?qiáng)可以通過電感應(yīng)測(cè)量在電極和周圍介電介質(zhì)之間的耦合。對(duì)于典型氣體，所獲得的數(shù)值非常接近于真空環(huán)境所獲得的數(shù)值。當(dāng)多個(gè)電極出現(xiàn)在給定的介電介質(zhì)中，我們能夠運(yùn)用公式(I)定義每一個(gè)導(dǎo)體的電容，所獲得的數(shù)值與絕緣導(dǎo)體獲得的數(shù)值不同。同時(shí)，我們應(yīng)該定義相互電感應(yīng)的電容。在η個(gè)電感應(yīng)導(dǎo)體的情況下，η個(gè)導(dǎo)體上獲得的電荷Q i ( i = I,2，····，η)與電勢(shì)V i相關(guān)由矩陣(Q i ) =(C i j ) (V i )表示，其中矩陣(C i j )是η X η的矩陣。系數(shù)C i i是與導(dǎo)體i相關(guān)的電容，它不等于它的固有電容除非導(dǎo)體i和其他導(dǎo)體之間的距離與導(dǎo)體i的尺寸相比較大。當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)體非常接近時(shí)并且具有相互面對(duì)的大表面積，可表示為C 11 = C 22=—C 12=—C 21 = C和Q I =- Q 2 =Q因此Q = CCV1-V 2)。這樣我們說導(dǎo)體是完全電感應(yīng)。我們也可以說當(dāng)所有的場(chǎng)線離開一個(gè)導(dǎo)體系統(tǒng)的回到另一個(gè)時(shí)兩個(gè)導(dǎo)體是完全電感應(yīng)的；僅當(dāng)一些線終止于導(dǎo)體而不是初始就考慮兩個(gè)導(dǎo)體時(shí)它們是部分電感應(yīng)的。本發(fā)明所基于的 兩個(gè)遠(yuǎn)距離電偶極子之間的相互作用，來源于四個(gè)導(dǎo)體之間的部分電感應(yīng)并且任何情況下都不等于標(biāo)準(zhǔn)電容，甚至不對(duì)稱電容的組合。此例中，不可能使用“電容耦合”這個(gè)詞語來描述全部情形，另一方面可以討論電容或電容系數(shù)矩陣。感應(yīng)(靜電感應(yīng))的物理特性，在其不是完全的電感應(yīng)的一般情況下，是比較復(fù)雜的?？梢宰⒁獾皆谄渲袕?qiáng)度守恒的法則不再被證實(shí)。容易理解的，在動(dòng)態(tài)應(yīng)用中，如果電荷將其自身留在長(zhǎng)的薄的導(dǎo)體壁上，它們的量，或，更精確地說是，它們的流，隨距離增大而減少(如果是收集電荷則相反)。麥克斯韋等式需要總電流密度通量j m+j d的守恒其
中j d是位移電流密度由j d給出，j m是物理電流密度(在導(dǎo)體中流動(dòng)的電流
rt
密度)，在導(dǎo)體/電介質(zhì)邊界處位移電流因此取代物理電流。對(duì)于真空環(huán)境這是正確的，因此其在導(dǎo)體的附近也流過位移電流。位移電流密度通常非常低，能夠通過利用強(qiáng)電場(chǎng)和高頻率來增加。然而，與普遍被誤解的觀念相反，位移電流不總是與電磁波相關(guān)(否則我們將不得不考慮波穿越在交流體系下運(yùn)行的電容器)。
這里的本地電或磁現(xiàn)象，其不與波相關(guān)并且其需要我們將導(dǎo)體周圍的電介質(zhì)考慮為電或磁約束下的介質(zhì)，這些現(xiàn)象能夠，通過用物理介質(zhì)模擬，而稱為“傳輸現(xiàn)象”。以這種方式，通過電感應(yīng)，電子在導(dǎo)體中的同向移動(dòng)不再以與遠(yuǎn)距物理導(dǎo)體相同的方式直接接觸和相互作用。雖然本發(fā)明涉及電介質(zhì)之間無固體接觸的遠(yuǎn)距能量傳輸，但它不以輻射形式的電磁能量傳輸，實(shí)際上，涉及的是電能傳輸領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電感應(yīng)(靜電感應(yīng))早在電磁感應(yīng)之前就已被發(fā)現(xiàn)和研究。除完全電感應(yīng)電容之夕卜，直到現(xiàn)在其只產(chǎn)生了一點(diǎn)純電學(xué)的工業(yè)應(yīng)用。通過兩個(gè)遠(yuǎn)距電荷之間的電感應(yīng)可獲得的機(jī)械力，其相比于我們所熟知的兩塊磁鐵之間產(chǎn)生的力要弱。顯著的能量傳輸不能通過部分電感應(yīng)裝置獲得，除非在使用高電壓、高頻發(fā)電機(jī)的情況下。通過電感應(yīng)傳輸電能量所需的條件第一次是由Nikola Tesla (1856-1943)組裝的。所用的裝置尺寸很大(幾十米)并且觀察到的效應(yīng)延伸到幾十千米，也就是說跨越的距離比波長(zhǎng)還大。這樣，Tesla不是一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)體系。在他的1900年的美國專利648621中，他描述了員許能量遠(yuǎn)距橫向傳輸?shù)呐渲?。其中這樣的事實(shí)，即，他在一邊使用大地并且在另一邊使用大氣的電離層(Colorado Springs試驗(yàn)),使我們想到他所獲的東西更像橫向波傳播，其部分地由電離層引導(dǎo)。此外，在一個(gè)風(fēng)暴天他觀察到第一個(gè)靜態(tài)電磁波。最近，Stanislav和Constantin Avramenko,在專利W093/23907中認(rèn)為他們獲得了縱向波，其沿著非常細(xì)(fine)的電線傳播。用于他們的實(shí)施例之一的接收裝置似乎喚起了我們也用在我們的發(fā)明中的電荷存儲(chǔ)技術(shù)。在同一專利中，發(fā)電機(jī)(看來作為非常特定的波的發(fā)射器)因而具有不同于負(fù)荷的本質(zhì)(nature)。在這方面，我們能夠注意到變壓器次級(jí)電路的一個(gè)終端上沒有連接。我們的發(fā)明與Tesla的工作和專利的區(qū)別本質(zhì)上在于能量是在短距離上傳輸，優(yōu)選的在縱軸上(與電場(chǎng)平行)并且不需要利用接地。我們的發(fā)明與S .和C . Avramenko的專利的區(qū)別在于能量是在短距離上傳輸而不需要電線或波，發(fā)電機(jī)和負(fù)荷具有相同的本質(zhì)。我們的發(fā)明與任何類型的電容組，甚至非對(duì)稱型的，都明顯不同，其歸因于這樣的事實(shí)本發(fā)明最簡(jiǎn)單的實(shí)施例在任何情況下不能被縮減為這樣類型的組合。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的裝置提出了一種通過介電介質(zhì)在比較短距離之間傳輸電能量的方法，而不用電線也不需要最輕微形式的物理接觸(例如，使用接地)。在這方面，該發(fā)明允許能量在真空中的兩個(gè)遠(yuǎn)距離的點(diǎn)之間傳輸。該技術(shù)的運(yùn)用是基于對(duì)庫侖相互作用的利用，其也被稱做電感應(yīng)。術(shù)語“傳輸”以及其衍生的動(dòng)詞和形容詞，指明與電學(xué)力概念有關(guān)的縱向力學(xué)本質(zhì)。這樣，即使在本發(fā)明的范圍內(nèi)，后者通過真空在遠(yuǎn)距(一定距離處)被施加，它的作用一定不能與電磁傳輸(其展現(xiàn)出橫向非力學(xué)本質(zhì)并且其不會(huì)預(yù)見用于此的原理，除了以非期望的損耗形式)混淆。
更精確的，根據(jù)本發(fā)明的裝置，其自身是在部分感應(yīng)的背景中，在該背景中一些導(dǎo)體必須被認(rèn)為是或者被隔離并且與周圍介電介質(zhì)相互作用(可選擇的，在真空中)，或者也可與多個(gè)遠(yuǎn)距離導(dǎo)體相互作用，這些遠(yuǎn)距離導(dǎo)體常常很遠(yuǎn)并且未定義。對(duì)于本發(fā)明背景中應(yīng)用的導(dǎo)體，被隔離的導(dǎo)體的固有電容是重要的物理特性，其設(shè)定了所獲得性能的量級(jí)。適于處理多個(gè)相互作用的導(dǎo)體的情形的數(shù)學(xué)工具是距陣描述。在介質(zhì)的極限情況，即我們可以認(rèn)為是連續(xù)的，物理學(xué)家也使用更容易處理的表述“近場(chǎng)”(與“遠(yuǎn)場(chǎng)”相反)。根據(jù)本發(fā)明的裝置不能在任何情況中縮減為標(biāo)準(zhǔn)電容的組合，其目的是創(chuàng)造在兩個(gè)實(shí)體的、非連接的部分之間的電耦合。在這樣的組合中，每個(gè)元件(傳統(tǒng)電容)可認(rèn)為是完全不同于其他元件，盡管本發(fā)明中，在電極間有多個(gè)耦合。根據(jù)本發(fā)明的裝置使用(call upon)強(qiáng)電場(chǎng)，其展現(xiàn)出迅速的變化以使用在導(dǎo)體外的介電介質(zhì)中，通常極其弱的麥克斯韋位移電流。這些相同的場(chǎng)與勢(shì)和阻抗相關(guān)，所述勢(shì)和阻抗高度依賴于制造的裝置的尺寸。根據(jù)本發(fā)明的裝置，所實(shí)現(xiàn)的頻率，其后面稱做高頻(H. F.)，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于通常用于傳輸電能的那些頻率，但是不管怎樣都保持在相當(dāng)?shù)偷乃綇亩姶泡椛淇杀缓雎?。這是當(dāng)裝置尺寸只占圍繞后者的外部介質(zhì)中的波長(zhǎng)很小一部分時(shí)的結(jié)果，或通過明智的運(yùn)用應(yīng)用到不同電極的形式(外型)和相位差異的結(jié)果。


圖1顯示一種可能的產(chǎn)生/消耗組件；圖2展示了 H. T. H. F負(fù)荷內(nèi)部組成的不同的可能位置。圖2a展示了利用磁感應(yīng)變壓器8的例子，所述變壓器可選擇地與整流裝置(未示出)結(jié)合，允許最終的低阻抗負(fù)荷9得到供電。圖2b展示了其中H. T. H. F負(fù)荷簡(jiǎn)單地由本質(zhì)上表現(xiàn)為高阻抗的一個(gè)元件的情況。圖2c展示了其中H. T. H. F負(fù)荷包括包含在固態(tài)介電外殼16中的低壓電離氣體15的情況。圖3展示了本發(fā)明更復(fù)雜的實(shí)施例。圖3a展示了其中附加調(diào)制裝置11插入消耗裝置側(cè)，在降壓變壓器8和低壓電荷9之間的例子。圖3b展示了其中在消耗裝置側(cè)的放大和附加管理允許雙向傳輸?shù)睦?。圖4顯示了這樣的例子，其中使用四個(gè)為一組內(nèi)部開關(guān)電極(未圖示)由此來保持為移動(dòng)消耗裝置供電，而與它在空間的角度位置無關(guān)。圖5顯示了能量分配的實(shí)施例；圖6顯示了可以越過媒介或很大距離來分配能量的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式在下面我們將描述的本發(fā)明的實(shí)施例中，大振幅，快速變化場(chǎng)通過運(yùn)用高壓，高頻發(fā)電機(jī)而獲得(此處涉及H. T. H. F.發(fā)電機(jī))。H. T. H. F將與H. T. H. F.負(fù)荷相關(guān)。交流電壓是純正弦或者包括多個(gè)頻率，并且從用于非常低功率的裝置或非常小尺寸的裝置(測(cè)微距離)范圍內(nèi)的幾百伏，到用于高功率或大尺寸裝置的幾MV (百萬伏)。
H. T. H. F發(fā)電機(jī)和負(fù)荷在高電壓和低強(qiáng)度下運(yùn)轉(zhuǎn)通常顯示出高阻抗。根據(jù)本發(fā)明的裝置包括至少兩個(gè)明顯不同的部件能量產(chǎn)生裝置，包括至少一個(gè)H. Τ. H. F發(fā)電機(jī)和多個(gè)電極，并電連接到發(fā)電機(jī)，其角色是用電能給周圍介質(zhì)，可選的真空，充電。能量消耗裝置，包括至少一個(gè)H. Τ. H. F負(fù)荷以及，可選擇地，電連接到這個(gè)/這些負(fù)荷的電極。

電極和連接電線在本發(fā)明的背景中定義為導(dǎo)電介質(zhì)，其具有清楚定義的空間延伸和外形。數(shù)學(xué)上，他們對(duì)應(yīng)實(shí)際上是等電勢(shì)的表面或容積。電極和連接電線通常包括導(dǎo)電金屬，但是可選擇地包括部分或全部導(dǎo)電液體或電離氣體，其可能在內(nèi)部包括固態(tài)電介質(zhì)材料。根據(jù)本發(fā)明H. Τ. H. F發(fā)電機(jī)可通過許多不同的方式獲得，例如，從施加在感應(yīng)變壓器的初級(jí)上的交流低壓，所述感應(yīng)變壓器提供高壓到次級(jí)側(cè)并且其能夠在相對(duì)高的頻率操作，但可選擇地，也可運(yùn)用壓電變壓器或任何給出相同結(jié)果的技術(shù)。H. Τ. H. F負(fù)荷，根據(jù)本發(fā)明，是與H. Τ. H. F發(fā)電機(jī)類似的裝置；可選擇地，當(dāng)發(fā)電機(jī)可反轉(zhuǎn)時(shí)，利用與發(fā)電機(jī)相同的技術(shù)提供電力到低電壓裝置。在根據(jù)本發(fā)明的裝置的背景中獲得的連接是同時(shí)雙向的并且可證實(shí)作用/反作用原則。由此發(fā)展，當(dāng)該技術(shù)被同時(shí)應(yīng)用在發(fā)電機(jī)側(cè)和負(fù)荷側(cè)時(shí)，是可逆的，因而整個(gè)裝置是可逆的，并且能量可在任一方向循環(huán)。當(dāng)我們考慮簡(jiǎn)單系統(tǒng)時(shí)，其并非有存在相位差異的多個(gè)電極組成，H.Τ. H. F發(fā)電機(jī)(同樣，可選擇的，H. Τ. H. F負(fù)荷)通過導(dǎo)線連接到兩種電極，優(yōu)選地，這兩種電極布置在距發(fā)電機(jī)的短距離內(nèi)，以便防止輻射損耗。前述電極基于他們的尺寸具有不同的特性和功能。大電極，與小電極同樣由交流電流供電，承受低電壓并且因此在其環(huán)境中產(chǎn)生較弱的電場(chǎng)；我們應(yīng)該命名這種電極為“無源電極”或“存儲(chǔ)電極”。我們具有的最大的存儲(chǔ)，可選擇地，我們可用的是地球自身。較小的電極與較大的場(chǎng)相關(guān)聯(lián)并被稱為“有源電極”:我們稱產(chǎn)生場(chǎng)的電極為“發(fā)電機(jī)電極”，承受電場(chǎng)的電極稱做“電動(dòng)電極”。在可逆的實(shí)施例里，電極，基于能量傳輸?shù)姆较?，交替作為電?dòng)電極和發(fā)電機(jī)電極。圖1顯示一種可能的產(chǎn)生/消耗組件(association)。H. T. H. F發(fā)電機(jī)I在一側(cè)連接到大尺寸無源電極2 (圖1a)或地(存儲(chǔ)電極)(圖1b)并且在另一側(cè)連接到較小的、有源電極3 (發(fā)電機(jī)電極)，其產(chǎn)生一強(qiáng)場(chǎng)區(qū)域，能量集中于此4。高阻抗負(fù)荷5，其部分在一側(cè)連接到布置在強(qiáng)場(chǎng)區(qū)域中的小電極6 (電動(dòng)電極)，并且另一側(cè)連接到另一電極，優(yōu)選為布置在弱場(chǎng)區(qū)域中(無源電極)的較大的一個(gè)電極7。上述實(shí)施例(圖1 )，導(dǎo)致我們重新考慮兩個(gè)不對(duì)稱震蕩電偶極子之間的內(nèi)部作用。在這點(diǎn)上，兩個(gè)電偶極子相互作用的方式與在交流電流流經(jīng)的兩個(gè)電磁感應(yīng)線圈之間獲得相互作用的方式相同。因此，根據(jù)本發(fā)明的裝置是部分耦合變壓器的用于電感應(yīng)的等同物。通過介電常數(shù)為ε的電介質(zhì)發(fā)生耦合，而不是在變壓器情況中的磁導(dǎo)率為μ的磁感應(yīng)介質(zhì)。在空氣變壓器的情況中，對(duì)兩電偶極子可能有多種構(gòu)造，兩偶極子對(duì)準(zhǔn)在同一軸上的特定配置方式允許范圍的擴(kuò)展并且，在特定的電感應(yīng)情況中，限制有源電極的數(shù)目。在負(fù)荷需要阻抗被改變以匹配時(shí)，在本發(fā)明范圍中，最少為兩個(gè)有源電極，一個(gè)在發(fā)生器(producer )裝置(發(fā)電電極)側(cè)，而另一個(gè)在消耗裝置(電動(dòng)電極)側(cè)。在負(fù)荷本質(zhì)上展現(xiàn)出高阻抗的情況中，例如電離的低壓介質(zhì)、高電阻固體材料或一些半導(dǎo)體，這樣的負(fù)荷，可選擇地，直接布置在強(qiáng)場(chǎng)區(qū)域內(nèi)而不需要與另外的電極連接。在這些情況中，這種介質(zhì)的物理分界限扮演電極的角色。以此方式，在遠(yuǎn)距供電給具有高特性阻抗的H. T. H. F負(fù)荷，例如包含在固態(tài)介電外殼內(nèi)的電離空氣并且使用了連接到發(fā)電機(jī)終端之一的接地連接時(shí)，就只有一個(gè)電極需要被連接到發(fā)電機(jī)的另一終端。因此，該單個(gè)電極必須是發(fā)電機(jī)電極。圖2展示了 H. T. H. F負(fù)荷內(nèi)部組成的不同的可能位置。圖2a展示了利用磁感應(yīng)變壓器8的例子，所述變壓器可選擇地與整流裝置(未示出)結(jié)合，允許最終的低阻抗負(fù)荷9得到供電。圖2b展示了其中H. T. H. F負(fù)荷簡(jiǎn)單地由本質(zhì)上表現(xiàn)為高阻抗的一個(gè)元件的例子。圖2c展示了其中H. T. H. F負(fù)荷包括包含在固態(tài)介電外殼16中的低壓電離氣體15的例子。圖3展示了本發(fā)明更復(fù)雜的實(shí)施例。圖3a展示了其中附加調(diào)制裝置11插入消耗裝置側(cè)，在降壓變壓器8和低壓電荷9之間的例子。這個(gè)調(diào)制與消耗裝置側(cè)地放大裝置12結(jié)合，允許信息在與能量傳輸相反的方向上同時(shí)傳輸。信息是由位于消耗裝置側(cè)的控制和管理裝置13產(chǎn)生；與第二調(diào)制器結(jié)合的類似的裝置布置在發(fā)電機(jī)裝置側(cè)，在升壓變壓器8和電源10之間，允許后者適應(yīng)消耗裝置的電力要求。圖3b展示了其中在消耗裝置側(cè)的放大和附加管理允許雙向傳輸?shù)睦?，所述雙向傳輸是信息在消耗裝置和發(fā)電機(jī)裝置之間的雙向傳輸，可選擇地是同步的。這種交換不受能量傳輸方向的影響。當(dāng)組裝后的單元運(yùn)用可逆裝置(9 )和(10 )時(shí)能量傳輸方向的反向是可能的。在前述裝置的一個(gè)實(shí)施例中，通訊協(xié)議通過改變施加給發(fā)電機(jī)電極的電壓的平均振幅而允許消耗裝置要求發(fā)生裝置適應(yīng)它的需求。相反的，發(fā)生裝置能夠告知消耗裝置它的電力儲(chǔ)備。萬一連接暫時(shí)斷開，消耗裝置可通過內(nèi)部能量存儲(chǔ)手段而得到支持。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例回到兩偶極子之間的耦合，其對(duì)應(yīng)四極結(jié)構(gòu)，當(dāng)偶極子之間的距離R變大時(shí)傳輸?shù)哪芰颗c1/R4成正比例的減少。因此，給較小的消耗偶極子供電的發(fā)生器偶極子的實(shí)際范圍是發(fā)生器偶極子的尺寸的幾倍的量級(jí)。在消耗偶極子是能量獨(dú)立的情況中，如果能夠同時(shí)在消耗裝置和發(fā)生器裝置側(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)接收信號(hào)有足夠的放大，那么在發(fā)生器偶極子和消耗偶極子之間的信息傳輸?shù)姆秶惹懊婷枋龅囊蠛芏?。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)負(fù)荷不再需要能量時(shí)，通過大大減少提供給發(fā)電機(jī)電極的電壓的平均振幅而不斷開與消耗裝置的信息連接，發(fā)生器裝置自動(dòng)進(jìn)入節(jié)能模式。更加先進(jìn)的能量節(jié)省模式是通過在發(fā)生器和消耗裝置之間的間歇詢問而實(shí)現(xiàn)。 最后,在一個(gè)特定實(shí)施例中，只有信息能夠被傳輸(根據(jù)單向、交替雙向，或同時(shí)模式中的任意一種)。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，發(fā)生器和消耗裝置，或僅僅發(fā)電和電動(dòng)電極，由一個(gè)或多個(gè)機(jī)械連接保持在合適的位置上，所述機(jī)械連接是可拆下的，其應(yīng)用電介質(zhì)材料并是以發(fā)電機(jī)和電動(dòng)電極相互面對(duì)而不直接電接觸的方式。這種類型的機(jī)構(gòu)接近于“電出口”型
>J-U ρ α裝直。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，發(fā)生器和消耗裝置能夠相對(duì)于彼此移動(dòng)而聯(lián)合他們的“能量連接”不被損壞。這個(gè)限制的在轉(zhuǎn)換和旋轉(zhuǎn)上的可動(dòng)性，作為選擇，可以通過對(duì)旋轉(zhuǎn)場(chǎng)的適當(dāng)管理而擴(kuò)展到全角度可動(dòng)性。在發(fā)生器裝置和消耗裝置之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，可選擇地，可以由場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器補(bǔ)償，或者通過向發(fā)生器裝置側(cè)的一組電極應(yīng)用反相電壓，或者可以通過內(nèi)部切換消耗裝置側(cè)的一組電極。圖4顯示了這樣的例子，其中使用四個(gè)為一組內(nèi)部開關(guān)電極(未圖示)由此來保持為移動(dòng)消耗裝置供電，而與它在空間的角度位置無關(guān)。如果消耗裝置圍繞兩個(gè)軸旋轉(zhuǎn)則需要最少6個(gè)電極的組。一個(gè)或多個(gè)場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)管理，可選擇地，可使用在發(fā)生器和消耗裝置之間的信息連接。 圖5顯示了能量分配的實(shí)施例，其使用單個(gè)發(fā)生裝置在短距離朝向幾個(gè)消耗裝置。圖6顯示了可以越過媒介或很大距離來分配能量的實(shí)施例。在圖6中，能量由高頻低壓發(fā)電機(jī)(10)提供給電路，然后其分配到遠(yuǎn)距的升壓變壓器8。低壓分配的使用允許由于電線的固有電容量的無功功率(reactive power)(以及與其相關(guān)的焦耳損耗)，以及電線的感應(yīng)輻射(圖6的左面部分)，受到限制。對(duì)于更大的距離，同軸電纜型傳輸線14也可用于限制電磁輻射(圖6右面部分)的損耗。在發(fā)生器裝置和消耗裝置側(cè)的電極(如連接電線一樣)，都不需要是良導(dǎo)體，可選擇地，可具有比較高的阻抗。優(yōu)選地，它們包括非常少的導(dǎo)電材料或半導(dǎo)電材料。有源電極在使用高功率的實(shí)施例中，可選擇地，由一個(gè)或多個(gè)固體絕緣材料覆蓋或，更通常地，由具有高擊穿電壓和低表面?zhèn)鲗?dǎo)率的材料覆蓋，以便在出現(xiàn)偶然的局部接觸情況時(shí)，通過防止電流密度局部過快增加而保證使用者的安全。
權(quán)利要求
1.一種電力傳輸系統(tǒng)，用于通過真空空間或絕緣介電材料遠(yuǎn)距離傳輸電能，而不用電線也不需要從能量產(chǎn)生裝置到能量消耗裝置的最輕微形式的物理接觸，所述電力傳輸系統(tǒng)包括 能量發(fā)生裝置，具有小的第一有源電極、大的第一無源電極以及高壓高頻發(fā)電機(jī)，所述高壓高頻發(fā)電機(jī)在高壓高頻發(fā)電機(jī)的第一側(cè)連接到第一有源電極以及在高壓高頻發(fā)電機(jī)的第二側(cè)連接到第一無源電極；以及 能量消耗裝置，具有小的第二有源電極、大的第二無源電極以及負(fù)荷，所述負(fù)荷在負(fù)荷的第一側(cè)連接到所述第二有源電極且在所述負(fù)荷的第二側(cè)連接到所述第二無源電極， 其中 所述小的第一有源電極通過電容耦合而耦合到能量消耗裝置的所述小的第二有源電極； 所述大的第一無源電極通過電容耦合而耦合到能量消耗裝置的所述大的第二無源電極；以及 所述小的第一有源電極與所述大的第一無源電極一樣由同一交流電流供電，由此所述小的第一有源電極承受的電壓較大并且從而產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域，所述小的第二有源電極在所述強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域中，且所述大的第一無源電極與所述小的第一有源電極一樣由同一交流電流供電，由此所述大的第一無源電極承受的電壓較小并且從而產(chǎn)生弱電場(chǎng)區(qū)域，所述大的第二無源電極在所述弱電場(chǎng)區(qū)域中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力傳輸系統(tǒng)，其中所述大的第一無源電極(a)是用作能量發(fā)生裝置中的電荷存儲(chǔ)器并且在尺寸上較大且遠(yuǎn)離所述小的第一有源電極布置的至少一個(gè)電極；或者(b)是接地的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力傳輸系統(tǒng)，其中所述能量發(fā)生裝置和所述能量消耗裝置每一個(gè)都包括調(diào)制器，所述調(diào)制器適于利用用于能量傳輸?shù)念l率或者利用不產(chǎn)生顯著的由輻射導(dǎo)致的損耗的疊加頻率調(diào)制在所述區(qū)域中的變化電勢(shì)，從而允許信號(hào)的同時(shí)雙向傳輸，信號(hào)傳輸信息而與能量傳輸?shù)姆较驘o關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力傳輸系統(tǒng)，其中能量發(fā)生裝置和能量消耗裝置每一個(gè)都包括用于放大在能量發(fā)生裝置與能量消耗裝置之間傳輸?shù)男畔⒌姆糯笃鳌?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力傳輸系統(tǒng)，其中所述能量發(fā)生裝置和所述能量消耗裝置各自的角色是可逆的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力傳輸系統(tǒng)，其中所述有源電極覆蓋有高擊穿電壓且低表面?zhèn)鲗?dǎo)率的材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力傳輸系統(tǒng)，其中所述小的第一有源電極和所述小的第二有源電極中的至少一個(gè)與至少一個(gè)可拆除的電出口式機(jī)械連接電接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力傳輸系統(tǒng)，其中 能量發(fā)生裝置的發(fā)電機(jī)包括第二發(fā)電機(jī)和遠(yuǎn)離所述第二發(fā)電機(jī)并通過同軸電纜連接到所述第二發(fā)電機(jī)的多個(gè)變壓器； 能量發(fā)生裝置包括多個(gè)所述小的第一有源電極，所述多個(gè)小的第一有源電極分別連接到所述多個(gè)變壓器中對(duì)應(yīng)的多個(gè)變壓器； 藉此，電力能夠供給到相對(duì)于所述多個(gè)小的第一有源電極中的任一個(gè)遠(yuǎn)離所述第二發(fā)電機(jī)的能量消耗裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力傳輸系統(tǒng)，其中所述能量發(fā)生裝置為偶極子、不對(duì)稱震蕩能量發(fā)生裝置，且所述能量消耗裝置為偶極子、不對(duì)稱震蕩能量消耗裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力傳輸系統(tǒng)，其中能量發(fā)生裝置的發(fā)電機(jī)構(gòu)造成產(chǎn)生在波長(zhǎng)相對(duì)于能量發(fā)生裝置和能量消耗裝置的尺寸較大的頻率處變化的電勢(shì)，藉此，電磁輻射能量低于從能量發(fā)生裝置傳輸?shù)侥芰肯难b置的能量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用在慢變化規(guī)則下的圍繞任何充電導(dǎo)體的庫侖場(chǎng)，遠(yuǎn)距電能量和/或信息傳輸方法。根據(jù)本發(fā)明的裝置包括短距離分開的能量發(fā)生和消耗裝置，其既不用電磁波也不用磁感應(yīng)傳輸，并且不能縮減成簡(jiǎn)單的電容配置。該裝置用震蕩不對(duì)稱電偶極子內(nèi)部反應(yīng)的形式做模型，包括布置在兩個(gè)電極之間的高頻高壓發(fā)電機(jī)(1)或高頻高壓負(fù)載。偶極子彼此施加相互感應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的裝置適合于向工業(yè)和家用電器裝置供電，特別適合于向在有限環(huán)境中移動(dòng)的低功率裝置供電并且適合信息的短距離不輻射傳輸。
文檔編號(hào)H02J17/00GK103066707SQ20121053029
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2006年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月21日
發(fā)明者帕特里克·卡穆拉蒂, 亨利·邦達(dá)爾 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所