ПРОВОДЯЩИЙ СЛОЙ БОЛЬШОЙ ПОВЕРХНОСТИ ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЕМКОСТНОЙ ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ
LARGE SURFACE AREA CONDUCTING LAYER FOR POWER DISTRIBUTION USING CAPACITIVE POWER TRANSMISSION

Эта заявка испрашивает преимущество предварительной заявки на выдачу патента США под № 61/523,939 и предварительной заявки на выдачу патента США под № 61/523,955, поданных 16 августа, 2011 года, предварительной заявки на выдачу патента США под № 61/645,175, поданной 11 мая 2012 года, и предварительной заявки на выдачу патента США под № 61/657,998, поданной 11 июня 2012 года.
Изобретение в целом относится к емкостной передаче мощности, а конкретнее к реализации проводящего слоя поверх большой поверхности для распределения мощности с использованием емкостной передачи мощности.
Беспроводная передача мощности указывает ссылкой на подачу электрической мощности без каких бы то ни было проводов или контактов, тем самым питание электронных устройств выполняется через беспроводную среду. Одно из широко распространенных применений для бесконтактного энергоснабжения предназначено для зарядки портативных электронных устройств, например мобильных телефонов, дорожных компьютеров, и тому подобного.
Одна из реализаций для беспроводной передачи мощности выполняется посредством индукционной системы энергоснабжения. В такой системе электромагнитная индукция между источником питания (передатчиком) и устройством (приемником) предоставляет возможность бесконтактной передачи мощности. Оба, передатчик и приемник, оснащены электрическими катушками, и когда приведены в физическую близость, электрический сигнал течет из передатчика в приемник.
В индукционных системах энергоснабжения вырабатываемое магнитное поле сконцентрируется внутри катушек. Как результат, передача мощности в поле захвата приемника является сильно сконцентрированной в пространстве. Это явление создает активные участки в системе, которые ограничивают эффективность системы. Для улучшения эффективности передачи мощности необходима высокая добротность для каждой катушки. Для этой цели катушка должна отличаться оптимальным отношением индуктивности к электрическому сопротивлению, содержать материалы с низким сопротивлением и изготавливаться с использованием литцендратного процесса для уменьшения поверхностного эффекта. Более того, катушки должны быть сконструированы, чтобы удовлетворять замысловатым геометриям для избежания вихревых токов. Поэтому дорогостоящие катушки требуются для эффективных индукционных систем энергоснабжения. Конструкция для бесконтактной системы передачи мощности для больших площадей делала бы неизбежными многочисленные дорогостоящие катушки, в силу чего, для таких применений, индукционные системы энергоснабжения могут не быть осуществимыми.
Емкостная связь является еще одной технологией для передачи мощности беспроводным образом. Эта технология преимущественно используется при передаче данных и применений со считыванием. Автомобильная радиоантенна, приклеенная на оконное стекло, с приемным элементом внутри автомобиля является примером емкостной связи. Технология емкостной связи также используется для бесконтактной зарядки электронных устройств. Для таких применений блок зарядки (реализующий емкостную связь) типично работает на частотах за пределами собственной резонансной частоты устройства. В предшествующем уровне техники также обсуждается схема емкостной передачи мощности, которая дает возможность зажигания СИД (светоизлучающих диодов, LED). Схема зажигания СИД основана на катушке индуктивности в источнике питания (формирователе). По существу, может использоваться только один приемник, и частота передатчика должна подстраиваться для передачи максимальной мощности. В дополнение, такая схема требует пикселизированных электродов, которые гарантируют передачу мощности между приемником и передатчиком, даже когда они не выровнены в полной мере. Однако увеличение количества пикселизированных электродов увеличивает количество соединений с электродами, тем самым увеличивая потери мощности. Таким образом, схема емкостной передачи мощности, обсужденная в предшествующем уровне техники, имеющая только один приемник и электроды ограниченного размера, не может подавать мощность через большую площадь, например окна, стены, и так далее. В дополнение, даже если мощность была бы доступна через большую поверхность, была бы проблема подачи мощности через любой тип поверхности и иметь мощность в распоряжении в любом произвольном положении на поверхности.
Поэтому было бы полезным предоставить недорогое и осуществимое решение для применений беспроводного энергоснабжения через большие площади. Дополнительно было бы полезным, если бы такое решение давало возможность допускать подачу мощности в любой точке на поверхности, желательной для пользователя.
Некоторые варианты осуществления, раскрытые в материалах настоящей заявки, включают в себя изделие для подачи мощности к нагрузке, присоединенное в системе емкостной передачи мощности. Изделие содержит лист (210) непроводящего материала; и множество проводящих полос (220), каждые две проводящих полосы являются электрически изолированными друг от друга, при этом лист формирует изолирующий слой системы емкостной передачи мощности, а множество проводящих полос формирует по меньшей мере пару электродов передатчика системы емкостной передачи мощности.
Некоторые варианты осуществления, раскрытые в материалах настоящей заявки, также включают в себя изделие (1300) для подачи мощности к нагрузке, присоединенное в системе емкостной передачи мощности. Изделие содержит изолирующую поверхность (1360), имеющую ширину и длину; первый сегмент (1310), сделанный из электропроводящего материала, прикрепленного по длине первой кромки изолирующей поверхности (1360); второй сегмент (1320), сделанный из электропроводящего материала, прикрепленного к длинной кромке у кромки изолирующей поверхности (1360), противоположной первой кромке, второй сегмент (1320) является электрически изолированным от первой кромки; при этом такой первый сегмент (1310) присоединен к электрическому потенциалу первой полярности, а второй сегмент (1310) присоединен к электрическому потенциалу второй полярности, которая противоположна первой полярности, при этом первый и второй сегменты формируют по меньшей мере пару электродов передатчика системы емкостной передачи мощности.
Некоторые варианты осуществления, раскрытые в материалах настоящей заявки, также включают в себя изделие для подачи мощности к нагрузке, присоединенное к системе емкостной передачи мощности. Изделие содержит изолирующую поверхность (1110); сегмент (1150), сделанный из электропроводящего материала, прикрепленного к изолирующей поверхности, сегмент формирует первый электрод передатчика системы емкостной передачи мощности; первую линию (1120) питания, присоединенную к сегменту; и вторую линию (1130) питания, при этом первая линия питания и вторая линия питания пересекаются (1140) без электрического соединения, чтобы предоставлять возможность для присоединения переменного потенциала к еще одному сегменту примыкающего изделия для обеспечения электрораспределительной сети для емкостного энергоснабжения, еще один сегмент формирует второй электрод передатчика системы емкостной передачи мощности.
Некоторые варианты осуществления, раскрытые в материалах настоящей заявки, также включают в себя изделие для подачи мощности к нагрузке, присоединенное в системе емкостной передачи мощности. Изделие содержит множество изолирующих слоев, сделанных из непроводящего материала; и по меньшей мере пару проводящих слоев, сделанных из электропроводящего материала, при этом множество проводящих слоев изолированы друг от друга одним из множества изолирующих слоев, при этом первый проводящий слой из пары проводящих слоев присоединен к электрическому потенциалу первой полярности, а второй проводящий слой из пары проводящих слоев присоединен к электрическому потенциалу второй полярности, которая противоположна первой полярности, при этом пара проводящих слоев формирует по меньшей мере пару электродов передатчика системы емкостной передачи мощности.
Предмет, который рассматривается в качестве изобретения, конкретно выделен и отдельно заявлен в формуле изобретения в заключении описания изобретения. Вышеизложенные и другие признаки и преимущества изобретения будут очевидны из последующего подробного описания, взятого вместе с прилагаемыми чертежами.
Фиг. 1 показывает емкостную систему энергоснабжения, используемую для описания различных вариантов осуществления изобретения;
фиг. 2 показывает обои, имеющие заднюю сторону, покрытую вертикальными проводящими полосами;
фиг. 3 показывает нижний сегмент обоев с детализированным видом электрических соединений;
фиг. 4 показывает поперечный разрез обоев;
фиг. 5 показывает обои, имеющие заднюю сторону, покрытую горизонтальными проводящими полосами и вертикальными соединительными полосами;
фиг. 6 показывает поперечный разрез перекрывающихся сегментов с электрической изоляцией между ними;
фиг. 7 показывает поперечный разрез на виде сверху полых сегментов с изолятором между ними;
фиг. 8 показывает поперечный разрез на виде сверху полых сегментов с изолятором между ними с соединительным штырьком;
фиг. 9A показывает вид: крючкообразные боковые профили сегментов, которые должны устанавливаться;
фиг. 9B показывает вид установленных крючкообразных сегментов;
фиг. 10 показывает вид сверху стыкуемых мозаичных сегментов;
фиг. 11 показывает вид электрического соединения с встроенными соединениями и соединителями;
фиг. 12 показывает вид электрического соединения с перпендикулярно установленными соединительными элементами;
фиг. 13 показывает связанный емкостной связью элемент; и
фиг. 14 показывает множество соединенных связанных емкостной связью элементов.
Фиг. 15 схематически показывает структуру многоэлектродного слоя согласно одному из вариантов осуществления; и
фиг. 16 схематически показывает модифицированный по специальным требованиям многоэлектродный слой.
Важно отметить, что раскрытые варианты осуществления являются всего лишь примерами многих полезных применений инновационных доктрин, приведенных в материалах настоящей заявки. Вообще, формулировки, приведенные в описании изобретения настоящей заявки, не обязательно ограничивают какие бы то ни было из различных заявленных изобретений. Более того, некоторые формулировки могут применяться к одним признакам изобретения, но не к другим. Вообще, если не указано иное, элементы в единственном числе могут быть в множественном числе, и наоборот, без потери всеобщности. На чертежах одинаковые номера указывают ссылкой на идентичные части на протяжении нескольких видов.
Фиг. 1 показывает примерную и неограничивающую принципиальную схему емкостной системы 100 энергоснабжения, используемой для описания различных вариантов осуществления изобретения. Система 100 дает возможность передачи мощности на большой площади. Система 100 может быть установлена в местах, где открытые электрические контакты не являются предпочтительными или нежелательны, таких как ванные комнаты, розничные магазины, где регулярным изменениям необходимо освещать продукт, инвентарь, и тому подобное. Система может передавать мощность на большой площади и, таким образом, использоваться для энергоснабжения устройств, установленных на стенах, окнах, зеркалах, полах, сиденьях, проходах, и так далее.
Система 100 включает в себя формирователь 110, присоединенный к паре электродов 121 и 122 передатчика, которые прикреплены к изолирующему слою 130. Система 100 также включает в себя пару электродов 141 и 142 приемника, присоединенных к нагрузке 150 и катушке 160 индуктивности. По выбору, система 100 может включать в себя катушку 112 индуктивности, присоединенную к формирователю 110.
Соединение между электродами 121, 122 с формирователем 110 происходит через гальванический контакт или емкостную внутреннюю связь. Сигнал мощности подается к нагрузке 150 посредством помещения электродов 141, 142 поблизости от электродов 121, 122 передатчика, не имея непосредственного контакта между этими двумя. Таким образом, никакого механического соединителя или какого бы то ни было электрического контакта не требуется, для того чтобы питать нагрузку 150. Нагрузка 150 может быть, но не в качестве ограничения, осветительными элементами (например, СИД, цепочкой СИД, лампой, и т. д.), поверхностями с органическими светоизлучающими диодами (OLED), дисплеями, компьютерами, мощными зарядными устройствами, громкоговорителями, и тому подобным.
Формирователь 110 выводит сигнал напряжения переменного тока, имеющий частоту, которая по существу совпадает с частотой последовательного резонанса схемы, состоящей из последовательности конденсаторов и катушек 112, 160 индуктивности. Конденсаторы (помеченные как C1 и C2 на фиг. 1) являются емкостными импедансами электродов 121, 122 передатчика и электродов 141, 142 приемника (показанных пунктирными линиями на фиг. 1). Импедансы конденсаторов и катушки 160 индуктивности нейтрализуют друг друга на резонансной частоте, давая в результате низкоомную цепь. Таким образом, система 100 способна к подаче мощности к нагрузке 150 с очень низкими потерями мощности.
Формирователь 110 вырабатывает сигнал переменного тока, амплитуда, частота и форма сигнала которого могут управляться. Выходной сигнал типично имеет амплитуду десятков вольт и частоту вплоть до нескольких мегагерц (МГц). Подстройка частоты между сформированным сигналом и последовательным резонансом может выполняться посредством изменения частоты, фазы или относительной длительности включения сигнала, выдаваемого формирователем 110. В качестве альтернативы, подстройка частоты может достигаться изменением значений емкости или индуктивности схемы, присоединенной к формирователю 110.
Изолирующий слой 130 является тонкослойным материалом подложки, который может иметь любой изолирующий материал, в том числе, например, воздух, бумагу, дерево, текстиль, стекло, дистиллированную воду, и так далее. Предпочтительно, выбирается материал с диэлектрической проницаемостью. Толщина изолирующего слоя 130 типично находится между 10 микронами (например, слой краски) и несколькими миллиметрами (например, стеклянный слой).
Электроды 121, 122 передатчика содержат две отдельных основных части проводящего материала, помещенные по одну сторону от изолирующего слоя 130, который не является смежным с электродами 141, 142 приемника. Например, как проиллюстрировано на фиг. 1, электроды 121, 122 передатчика находятся у основания изолирующего слоя 130. В еще одном варианте осуществления, электроды 121, 122 передатчика могут быть помещены по противоположным сторона изолирующего слоя 130. Электроды 121, 122 передатчика могут быть любой формы, в том числе, например, прямоугольной, круглой, квадратной или их комбинацией. Проводящий материал каждого из электродов передатчика, например, может быть углем, алюминием, легированным оловом оксидом индия (ITO), органическим материалом, таким как поли(3,4)-этилендиокситиофен (PEDOT), медью, серебром, проводящей краской, или любым проводящим материалом. Электроды 141, 142 приемника могут иметь такой же проводящий материал, как электроды 121, 122 передатчика, или быть сделанными из другого проводящего материала.
Полная емкость системы 100 формируется площадями перекрытия соответственных электродов 121, 141 и 122, 142 передатчика и приемника, а также толщиной и свойствами материала изолирующего слоя 130. Емкость системы 100 проиллюстрирована в качестве C1 и C2 на фиг. 1. Для того чтобы предоставлять возможность электрического резонанса, система 100 также должна включать в себя индуктивный элемент. Этот индуктивный элемент может быть в форме одной или более катушек индуктивности, которые являются частью электродов передатчика или электродов приемника, распределенных по формирователю 110 и нагрузке (например, катушек 160 и 112 индуктивности, показанных на фиг. 1), катушек индуктивности, заключенных в пределах изолирующего слоя 130, или любой их комбинации.
Нагрузка 150 предоставляет возможность для переменного двунаправленного электрического тока. Нагрузка 150 может включать в себя диод или преобразователь AC/DC (переменного тока в постоянный ток), чтобы локально вырабатывать напряжение постоянного тока. Нагрузка 150 дополнительно может включать в себя электронику для управления или программирования различных функций нагрузки 150 на основании сигнала управления, сформированного формирователем 110. Для этой цели, в варианте осуществления, формирователь 110 вырабатывает сигнал управления, который модулируется в мощном сигнале переменного тока. Например, если нагрузкой 150 является лампа на СИД, сигнал управления, выдаваемый формирователем 110, может использоваться для уменьшения силы света или установки цвета лампы на СИД.
Емкостная система 100 энергоснабжения, как проиллюстрированная на фиг. 1, изображает одиночную нагрузку 150, которая питается формирователем 110. Однако должно быть отмечено, что формирователь 110 также может питать многочисленные нагрузки, каждая из которых может перестраиваться под разную рабочую частоту. В качестве альтернативы, многочисленные нагрузки могут настраиваться на одну и ту же рабочую частоту.
Как отмечено выше, емкостная система 110 энергоснабжения может быть работающей в различных конфигурациях инфраструктуры, включающей в себя изолирующий слой 130 и передатчик. Фиг. 2 показывает примерную и неограничивающую схему инфраструктуры, сконструированной согласно одному из вариантов осуществления. Как изображено на фиг. 2, обои 200, имеющие заднюю сторону, покрыты вертикальными проводящими полосами 220. Проводящие полосы 220 помещены на обратную сторону материала 210 обоев, который формирует изолирующий слой. Когда обои 200 помещены на поверхность (не показана), например стену, проводящие полосы 220 являются обращенными к такой поверхности наряду с тем, что материал 210 обоев фактически становится слоем 130 изолятора, подробнее обсужденным выше. Проводящие полосы 220 формируют электроды 121 и 122 передатчика, обсужденные со ссылкой на фиг. 1. Проводящие полосы 220, например, могут быть сделаны из проводящей пасты, проводящей краски, и тому подобного. Полосы печатаются или присоединяются к задней стороне обычных обоев. В качестве альтернативы, электроды размещены в отдельных слоях, ламинированных между изолирующим слоем, предоставляя возможность для пересечений между электродами без создания коротких замыканий.
Соединения проводящих полос 220 показаны на примерной и неограничивающей фиг. 3. Соединения с формирователем 110 (фиг. 1) предусмотрены посредством перемежения соединений проводящих полос 220. То есть первая проводящая полоса 220 присоединена к соединению 314 наряду с тем, что непосредственно следующая проводящая полоса 220 присоединена к соединению 312, и так далее и тому подобное, чередуясь между соединениями с 312 и 314. Соединения 312, 314 являются частью соединительной объединительной платы 310, сконструированной, чтобы быть работающей, например, с обоями 200.
Фиг. 4 показывает примерный и неограничивающий поперечный разрез 400 обоев 200. Поперечный разрез 400 показывает изолирующий слой 410, на котором предусмотрено множество проводящих полос 420, которые в таком случае, по выбору, защищены защитным слоем 430. Изолирующий слой 410 может быть предусмотрен в множестве форм и предстает перед наблюдателем в качестве обычных обоев. Проводящие полосы 420 могут иметь множество форм и быть сделанными из проводящего материала, как обсуждено выше. Защитный слой 430 может включать в себя, но не в качестве ограничения, слой, содержащий в себе клей, чтобы предоставлять возможность прилипания обоев к предпочтительной требуемой поверхности.
Фиг. 5 показывает примерную и неограничивающую инфраструктуру емкостной системы энергоснабжения, сконструированной согласно еще одному варианту осуществления. Инфраструктура сконструирована в качестве обоев, имеющих заднюю сторону, покрытую горизонтальными проводящими полосами и вертикальными проводящими линиями. Два листа таких обоев 500A и 500B показаны расположенными рядом. Электроды 510 и 520 начинаются с вертикальных соединительных линий, которые направлены горизонтально в противоположных направлениях, так что они перемежаются друг с другом, давая в результате требуемую структуру и предоставляя возможность решения с горизонтально расположенными обоями для емкостной передачи мощности. Структуры, показанные на фиг. 2 и фиг. 3, спроектированы, чтобы предоставлять возможность для обоев, которые могут обрезаться по размеру, соединяться, чтобы формировать верхнюю и нижнюю часть обоев, и по выбору могут совместно использовать соединения между соседними проводящими полосами соседних листов обоев. Более того, обои, произведенные, как раскрыто в материалах настоящей заявки, могут скатываться в рулоны обоев при любой требуемой длине, а затем отрезаться до любой заказной длины, как может быть необходимым.
Должно быть отмечено, что мощность может выдаваться прямо на проводящие полосы посредством обжатия обоев или высовывания штырьков через слой бумаги. Однако можно сцеплять мощность с проводящими полосами емкостным образом. Для этой цели электроды передатчика расположены на обоях. Принцип передачи мощности для ввода мощности в электроды обоев является таким же принципом, как способ, которым мощность передается с электродов обоев в приемник мощности. Преимущество этой конфигурации состоит в том, что положение ввода мощности в обои может выбираться свободно, и не производятся повреждения в отношении покровного слоя. Рядовым специалистам в данной области техники должно быть понятно, что обои, произведенные таким образом, также могут производиться в длинных листах, которые поставляются в качестве рулонов обоев, чтобы разрезаться надлежащим образом, чтобы подходить к любой требуемой длине.
Согласно еще одному варианту осуществления, используются сегменты, например сегменты стены, которые сделаны полностью из электропроводящего металлического листа, подобного железу, стали или алюминию. Эти сегменты сконструированы, чтобы устанавливаться на поверхности, из условия чтобы перемежающиеся электроды имели противоположные потенциалы. Каждый сегмент типично имеет высоту стены, проходящей между полом и потолком. Сегмент может иметь профиль, сконструированный, чтобы добиваться механической устойчивости.
Фиг. 6 изображает примерный и неограничивающий поперечный разрез 600 перекрывающихся сегментов с электрической изоляцией между ними, сконструированных согласно одному из вариантов осуществления. В этом варианте осуществления, каждый сегмент имеет сплошной профиль. Первый сегмент 610 перекрывает второй сегмент 620 и изолирован от него изолирующим слоем 630. Механическое соединение, например и без ограничения, может достигаться винтами (непроводящими или в электрически изолированных отверстиях), клеем, магнитами или применением ткани (например, ленты Velcro).
Фиг. 7 показывает альтернативный и неограничивающий поперечный разрез 700 на виде сверху полых сегментов с изолятором между ними. Кромки каждого из полых профилированных сегментов 710 сконструированы, чтобы сопрягаться мозаичным образом, и имеют преимущество над конфигурацией, показанной на фиг. 6, что обе стороны могут быть плоскими. Слой 720 изоляции осуществляет изоляцию между сегментами. На примерной и неограничивающей фиг. 8 изображен поперечный разрез 800 на виде сверху полых сегментов 810 с изолятором 820 между ними с соединительным штырьком 830.
В еще одном варианте осуществления, показанном на примерных и неограничивающих фиг. 9A и 9B, кромки сегментов имеют крючкообразный профиль (как показано на 920) и соответствующую выемку (как показано на 910) на противоположной стороне сегмента. Когда устанавливается, дополнительный сегмент может прикрепляться в пределах предопределенного угла (смотрите фиг. 9A). Как только повернут прямо, чтобы соответствовать уже установленным сегментам, крючкообразный профиль 920 образует механическое соединение с выемкой 910, которая, в одном из вариантов осуществления, не может освобождаться (смотрите фиг. 9B).
В еще одном примерном и неограничивающем варианте осуществления, кромки сегментов формируют стыкуемый профиль, как проиллюстрировано на фиг. 10. Первая кромка, например кромка 1010A, содержит по существу закругленную переднюю часть. Вторая кромка, например кромка 1010B, содержит наружный профиль, который образует пружинообразный соединитель 1020, чтобы предоставлять возможность стыкуемого соединения между кромкой 1010A и кромкой 1010B. В качестве альтернативы, электрически изолирующий слой может делаться более толстым и эластичным, чтобы добиваться стыкуемой пружинной функции.
Другие решения также возможны, не выходя из объема изобретения. Например, и без ограничения, сегменты могут соединены механически шарнирами. Это особенно полезно, если сегменты присоединены к системе направляющих, как подробнее пояснено ниже. В еще одном варианте осуществления, сегменты соединены механически промежуточным соединительным сегментом. Сегменты промежуточного соединения могут быть присоединены к сегментам электродов любым одним из описанных ранее решений. Предпочтительно, промежуточный сегмент обеспечивает электрическую изоляцию, так что сегменты электрода могут производиться полностью из металла, без дополнительной электрической изоляции.
Возможность электрического соединения между сегментами может достигаться комплексным решением по возможности соединения в пределах проводящих сегментов. Фиг. 11 показывает примерный и неограничивающий вариант 1100 осуществления электрического соединения с встроенными соединениями и соединителями. Множество сегментов 1150A, 1150B и 1150C имеют встроенные соединительные линии 1120 и 1130, которые пересекаются в точке 1140 без электрического соединения в точке 1140 пересечения. Соединительные линии 1120 и 1130 обеспечивают возможность присоединения источника питания к сегментам. Провод 1120 электрически присоединен к сегменту 1150A.
Когда два сегмента установлены прилегающими друг к другу, другие соответствующие сегменты присоединяются к разным электрическим соединительным линиям. Например, на фиг. 11, центральный сегмент 1150B у 1110B фактически присоединен к иной соединительной линии (то есть соединительной линии 1130), иной, чем сегменты 1150A и 1150C (то есть соединительная линия 1120). Как результат, сегменты чередуются по полярности, тем самым предусматривая разные электроды, подробнее обсужденные со ссылкой на фиг. 1, приведенную выше.
Фиг. 12 изображает альтернативный примерный и неограничивающий вариант осуществления электрического соединения 1200 с ортогонально установленными элементами соединения. Электроды 1250 сегментов с 1210A по 1210E, которые предпочтительно сделаны из изолирующего материала, присоединяются, в качестве альтернативы, к элементам 1220, 1230 соединения (линиям питания) через контакты 1240. То есть сегменты 1210A, 1210C и 1210E присоединены к линии 1220 питания наряду с тем, что сегменты 1210B и 1210D присоединены к линии 1230 питания.
Предпочтительно, элементы 1220, 1230 соединения установлены в качестве шины основания, близкой к полу, или в качестве декоративных полос, близких к потолку. Они, например, могут устанавливаться, но не в качестве ограничения, с помощью винтов. В этом случае винты могут использоваться для создания контакта с электродами сегментов с 1210A по 1210E.
В дополнительном варианте осуществления, элементы 1220, 1230 соединения крепятся постоянными магнитами, например с использованием гибких магнитов. Элементы 1220, 1230 соединения могут содержать дополнительную электронику, например, и без ограничения, компоненты для включения или выключения неиспользуемых сегментов или для выработки мощности переменного тока локально, например для каждого сегмента. Должно быть понятно, что, если сигнал переменного тока вырабатывается для каждого сегмента, единственными соединениями между сегментами являются напряжения шин и необязательный сигнал данных. Элементы 1220, 1230 соединения могут быть жесткими или гибкими. Элементы 1220, 1230 соединения могут включать в себя несколько частей, которые могут собираться для формирования требуемой длины. Элементы 1220, 1230 соединения могут иметь рекурсивную структуру, из условия чтобы они могли разрезаться или разрываться на меньшие части требуемой длины. Элементы 1220, 1230 соединения дополнительно могут иметь наружные метки для местоположений на них, где они могут легко разрезаться, распиливаться или разламываться. Элементы 1220, 1230 соединения также могут указываться ссылкой, в разных целях, как «положительные» и «отрицательные» касательно относительного потенциала каждого.
Рядовой специалист в данной области техники понимает, что существуют другие соединительные решения, не выходящие из вариантов осуществления, раскрытых в материалах настоящей заявки, некоторые из которых описаны в материалах настоящей заявки, без намерения ограничивать общий объем изобретения и исключительно в иллюстративных целях.
Отсюда, согласно еще одному варианту осуществления, система направляющих может использоваться, где сегменты (раскрытые выше) устанавливаются на системе направляющих, которая состоит из двух направляющих, одна для каждого потенциала. Сегменты попеременно крепятся к направляющей положительного потенциала или направляющей отрицательного потенциала, тем самым обеспечивая необходимый переменный потенциал для каждого сегмента. В еще одной конфигурации, имеется в распоряжении только одна направляющая. Направляющая разделена на отдельные секции, которые электрически изолированы друг от друга, например, непроводящими частями направляющей. Сегменты, реализованные в качестве сегментов направляющей, поочередно присоединяются к положительному потенциалу и отрицательному потенциалу, каждые секции направляющей имеют ширину, которая имеет такую же протяженность, как ширина сегментов. Когда сегменты находятся на месте, они присоединены поочередно к источнику положительного потенциала и отрицательного потенциала.
Еще одна другая конфигурация включает в себя крючкообразный горизонтальный профиль. Крючкообразный профиль включает в себя секции, которые поочередно присоединены к положительному потенциалу и отрицательному потенциалу. В дополнительной конфигурации, сегменты соединены промежуточным сегментом, который обеспечивает электрические контакты от одного сегмента к другому. Соединительные провода могут пересекаться в промежуточном сегменте для обеспечения переменного потенциала на сегментах электродов. Контакты могут быть сделаны во всех пяти решениях, например, посредством проводящих винтов, пружинных контактов, резиновых контактов, проводящей мастики, анизотропной проводящей мастики, штырьков или гвоздей, крючков, крючкообразных профилей, роликов или подвижных контактов.
Фиг. 13 показывает примерный и неограничивающий связанный емкостной связью элемент 1300 согласно одному из вариантов осуществления. Элемент 1300 содержит проводящий сегмент 1310, который присоединен к линии 1330 питания, и проводящий сегмент 1320, который присоединен к линии 1340 питания, предпочтительно установленные на изолирующей поверхности 1360. Линия 1340 питания пересекает линию 1330 питания в точке 1350 пересечения без электрического соединения между линией 1330 питания и линией 1340 питания. Несмотря на то что элемент 1300 показан, из условия чтобы проводящие сегменты 1310 и 1320 имели вертикальную ориентацию, горизонтальная ориентация или другие ориентации возможны равным образом и находятся в пределах объема изобретения.
В варианте осуществления, размещено множество связанных емкостной связью элементов, примыкающих друг к другу, как показано на примерной и неограничивающей фиг. 14. Связанные емкостной связью элементы 1300A, 1300B и 1300C соединены впритык по длине сегментов, например сегмент 1320 элемента 1300A соединяется впритык с сегментом 1310 элемента 1300B. Линия 1330 питания присоединяется попеременно к сегменту 1310 элементов 1300A и 1300C, наряду с тем, что линия 1340 питания присоединена к сегменту 1310 элемента 1300B. Вследствие того обстоятельства, что элементы 1300A, 1300B и 1300C соединяются впритык друг к другу, сегмент 1320 элемента 1300A присоединен впритык к сегменту 1310 элемента 1300B, а отсюда также присоединен к линии 1340 питания.
Подобным образом, сегмент 1320 элемента 1300B присоединен к линии1330 питания, а 1300B присоединен впритык к элементу 1300C. В этом примере, линия 1330 питания ассоциативно связана с отрицательным потенциалом наряду с тем, что линия 1340 питания ассоциативно связана с положительным потенциалом. Однако это не должно рассматриваться в качестве ограничения, а напротив, может быть равновозможным.
В одном из вариантов осуществления, сегменты 1310 и 1320 установлены отдельно от соединительных линий питания. В таком варианте осуществления, возможно вертикальное примыкание элементов, содержащих в себе сегменты 1310 и 1320, где в верхней или нижней части (верх или низ описаны в материалах настоящей заявки, чтобы просто описать противоположные края) одного или более элементов, которые примыкают друг к другу вертикально, присоединен элемент, который содержит в себе соединения линий питания, описанные в материалах настоящей заявки. Таким образом, целая стена или, иначе, любая требуемая поверхность может быть покрыта с использованием связанных емкостной связью сегментов. Преимущество состоит в том, что, какой бы не были высота или форма поверхности, она может покрываться этими элементами (которые также могут указываться ссылкой как мозаичные элементы).
Рядовые специалисты в данной области техники понимают, что описания, приведенные в материалах настоящей заявки, предоставлены всего лишь в целях иллюстрации, и другие варианты осуществления возможны, не выходя из объема изобретения. Например, несмотря на то, что приведенное описание имеет место в отношении обоев, изобретение не должно рассматриваться в качестве ограниченного обоями. Могут использоваться другие материалы, которые покрывают большие поверхности, и поверхности не должны рассматриваться в качестве ограниченных стенами. Например, потолки, полы, двери и другие поверхности, которые могут быть покрыты листом, имеющим встроенные в нем проводящие полосы, как обсужденные в материалах настоящей заявки, в целях обеспечения емкостной передачи мощности, определенно включены в состав. Более того, несмотря на то, что были обсуждены вертикальные и горизонтальные проводящие пути, другая компоновка проводящих путей, перемежающиеся пути между точками соединений с формирователем, также возможны и определенно являются частью раскрытого изобретения. Такие проводящие полосы могут быть или могут не быть равномерно разнесенными. Несмотря на то что листы обоев могут иметь изолирующий слой, который является бумагой, другие материалы, такие как, но не ограниченные полимерами всех разновидностей, также могут использоваться.
Кроме того, в одном из вариантов осуществления, вместо встраивания проводящих полос на обороте обоев, проводящие полосы могут встраиваться или, иначе, печататься поверх передней стороны обоев. В таком случае, изолирующий слой должен быть помещен на электродах приемника. В еще одном другом варианте осуществления изобретения, вместо использования гибких материалов для решения с обоями, относительно жесткие основные части, такие как гипсовые стена или поверхности, слоистый материал высокого сжатия, фибролит средней плотности (MDF), в которые надлежащим образом встраиваются проводящие слои, также являются частью изобретения, раскрытого в материалах настоящей заявки. Более того, в одном из вариантов осуществления изобретения, используются тканые обои, в которые вплетены проводящие полосы.
В одном из вариантов осуществления, независимо от структур электродов, требуемых для создания системы емкостной передачи мощности, электроды формируются на защитном слое. Например, на фиг. 2, слой 210 может быть защитным слоем. Проводящие полосы 220 прикрепляются на поверхности, например, но не в качестве ограничения, с использованием клейкого материала, а затем защитный слой снимается, в то время как полосы 220 остаются на поверхности. Полосы 220, в таком случае, если требуется, покрываются слоем краски, обычными обоями, и т. д., чтобы создать любой требуемый декоративный эффект, но включая оставление полос 220 обнаженными.
В еще одном варианте осуществления, проводящий слой для большой поверхности для распределения мощности с использованием емкостной передачи мощности может быть реализован в качестве многоэлектродного слоя, проиллюстрированного на примерной и неограничивающей фиг. 15. Многоэлектродный слой 1500 включает в себя по меньшей мере два проводящих слоя 1510, 1511, изолированных друг от друга с использованием изолирующих слоев 1521, 1522 и 1523. Более точно, каждый проводящий слой покрыт двумя изолирующими слоями. Изолирующие слои 1521, 1522 и 1523 сделаны из непроводящего материала.
В этом конкретном варианте осуществления, многоэлектродный слой 1500 является обоями, где изолирующие слои 1521, 1522 и 1523 являются бумагой, наряду с тем, что проводящие слои 1510, 1511 сделаны из гибкого проводящего материала, например алюминиевой фольги. Другие проводящие материалы, которые могут использоваться для слоев 1510 и 1511, включают в себя, но не в качестве ограничения, железо, сталь, легированный оловом оксид индия (ITO), органический материал, такой как PEDOT, медь, серебро, проводящую краску, проводящую пасту или любой проводящий материал. Каждый из проводящих слоев 1510 и 1511 может быть напечатан на каждом из изолирующих слоев 1521, 1522 и 1523.
Многоэлектродный слой 1500 также может быть реализован в качестве жесткой поверхности, такой как, но не в качестве ограничения, фибролит средней плотности (MDF), картон, пенополистирол, гипсокартон, и тому подобное.
Проводящие слои 1510, 1511 могут покрывать полную поверхность или строиться в качестве разных структур. В одном из вариантов осуществления, каждый из слоев может включать в себя множество проводящих полос. Примерная компоновка одного слоя из многоэлектродного слоя 1500, использующего проводящие полосы, предоставлена на фиг. 2. В еще одном варианте осуществления, каждый из слоев 1510, 1511 спроектирован, чтобы включать в себя проводящие полосы, скомпонованные в качестве сетки. В еще одном другом варианте осуществления, каждый из слоев 1510, 1511 может быть спроектирован, чтобы включать в себя проводящие полосы, скомпонованные в качестве сотового профиля.
Должно быть отмечено, что проводящие полосы слоев 1510, 1511 могут быть скомпонованы в любой конфигурации или геометрической форме, чтобы образовывать электроды передатчика системы. Кроме того, должно быть отмечено, что, так как проводящие слои 1510, 1511 являются изолированными друг от друга, проводящие полосы из разных проводящих слоев электрически изолированы друг от друга.
В одном из вариантов осуществления, проводящие слои 1510, 1511 формируют электроды передатчика системы емкостной передачи мощности. Соответственно, для энергоснабжения нагрузки системы, проводящие слои присоединены к силовому формирователю системы. Как схематически проиллюстрировано на фиг. 15, слои 1510, 1511 присоединены к проводящим линиям 1551, 1552 силового формирователя 1550. Полярность электрического потенциала на каждой линии 1551, 1552 является противоположной друг другу. Соединение между проводящими слоями 1510, 1511 и силовым формирователем 1550 может происходить посредством гальванического контакта или емкостной связи.
Многоэлектродный слой 1500 может модифицироваться по требованиям заказчика и по-прежнему предоставлять возможность проводимости электродов, например, по отношению к силовому формирователю. Например, как проиллюстрировано на фиг. 16, лист многоэлектродного слоя 1600, произведенный в качестве обоев, может устанавливаться вокруг окна 1650. Как может быть отмечено, после отрезания части многоэлектродного слоя 1600, модифицированный по требованиям заказчика слой 1600A включает в себя оба проводящих слоя 1611 и 1612. Поэтому, в модифицированном по требованиям заказчика слое 1600A, проводящие слои 1611 и 1612, действующие в качестве электродов передатчика, могут быть надлежащим образом присоединены к силовому формирователю (не показанному на фиг. 16) системы емкостной передачи мощности.
Несмотря на то что настоящее изобретение было описано с некоторой продолжительностью и с некоторой спецификой в отношении нескольких описанных вариантов осуществления, не подразумевается, что оно должно ограничиваться какой-нибудь такой спецификой или вариантами осуществления, или любым конкретным вариантом осуществления, но оно должно толковаться со ссылкой на прилагаемую формулу изобретения, с тем чтобы давать самое широкое возможное толкование такой формулы изобретения, принимая во внимание предшествующий уровень техники, а потому чтобы фактически охватывать предполагаемый объем изобретения. Более того, вышеизложенное описывает изобретение в показателях вариантов осуществления, предвиденных изобретателем, для которых имелось в распоряжении облекающее правом описание, хотя безосновательные модификации изобретения, не предвиденные на данный момент, несмотря на это, могут представлять эквиваленты для них.