具有增加的效率的電容性供電系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電容性供電系統，包括:a)接收器元件，包括連接到負載的平坦接收器電極對山)傳送器元件，包括連接到驅動器并且定位成平行于接收器電極對的平坦傳送器電極對；c)用于在其供電期間使系統諧振的電感器，以及d)定位在平坦接收器電極對與平坦傳送器電極對之間的第一絕緣層，以便在系統的供電期間形成傳送器電極與接收器電極之間的電容性阻抗。本發明還涉及適配用于在電容性供電系統中使用的接收器元件。
【背景技術】
[0002]電容性供電系統用于無線功率傳遞，并且更特別地在大的區域之上的無線功率傳遞。利用無線功率傳遞，可以在沒有任何電線或觸點的情況下供應電功率，使得電子設備的供電通過無線介質執行。針對非接觸供電的一個受歡迎的應用是例如移動電話、膝上型計算機等的便攜式電子設備的充電。無線功率傳遞的第一實現在感應供電系統中找到。在這樣的系統中，電源(傳送器)與設備(接收器)之間的電磁感應允許非接觸功率傳遞。傳送器與接收器二者裝備有電線圈。當傳送器和接收器物理接近時，電信號從傳送器流到接收器。
[0003]電容耦合是另一無線功率傳遞技術，其正變得越來越流行。該技術主要用在數據傳遞和感測應用中。汽車內的具有拾取元件的粘附在窗戶上的車載收音機天線是電容耦合的示例。電容耦合技術還用于電子設備的非接觸充電。對于這樣的應用，充電單元或傳送器(實現電容耦合)在設備的固有諧振頻率之外的頻率處操作。
[0004]在開頭段落中提及的類型的電容性供電系統本身是已知的。更特別地，以本申請人的名義提交并且具有公開號W02013/024432-A2的專利申請公開了一種包括在供電動作期間可以一起工作的接收器元件和傳送器元件的電容非接觸供電系統。在該出版物的圖1中示出的系統示出了具有兩個平坦電極S1和S2的接收器元件，平坦電極S1和S2通過電氣布線而經由電感器L1連接到負載。系統還示出了具有兩個另外的平坦且長方形的電極T1和T2 (在所述圖1中用附圖標記121和122引用)的傳送器元件。這些電極通過電氣布線而經由附加電感器連接到驅動器，驅動器連接到電源。
[0005]絕緣層一方面夾在傳送器電極對T1和T2與接收器電極對S1和S2之間。在系統的操作期間，電容性阻抗形成在傳送器電極對T1和T2與接收器電極對S1和S2之間。在該情況下，由驅動器生成的功率信號從傳送器電極對T1和T2無線地傳遞到接收器電極對S1和S2，以便在功率信號的頻率與第一電感器L1和電容性阻抗的串聯諧振頻率匹配時為負載供電。
[0006]已知的電容功率傳遞系統利用從電源向包括電容器C和電感器L和負載R的系列的調諧電路遞送功率的AC信號。電容器通過隔離的平坦傳送器電極T1和T2與平坦的接收器電極S1和S2的重疊區域形成。電容器C1由平坦電極T1-S1所限定的重疊區域形成，并且電容器C2由平坦電極T2-S2所限定的重疊區域形成。AC信號中使用的頻率(緊密地)逼近電路的串聯諧振。在該情況下，電容器和電感器的虛阻抗被消除，從而導致低歐姆電路，其能夠以低損耗將功率遞送到負載。
[0007]盡管已知的電容性供電系統一般很好地起作用，但是存在改進其供電效率的持續期望。尤其是如對應的傳送器和接收器電極的重疊區域限定的電容器所引起的損耗的量被視為過尚。

【發明內容】

[0008]本發明的一個目的是克服或者至少緩解現有技術電容性供電系統的所指示的技術問題。更特別地，本發明旨在提高已知系統的供電效率。尤其是由重疊的傳送器和接收器電極形成的電容器所生成的電損耗的量需要減小，優選地在不增加電極的表面尺寸的情況下。
[0009]本發明的這些和可能的另外目的借助于電容性供電系統實現，該電容性供電系統包括:a)接收器元件，包括連接到負載的平坦接收器電極對；b)傳送器元件，包括連接到驅動器并且定位成平行于接收器電極對的平坦傳送器電極對；c)用于在其供電期間使系統諧振的電感器；以及d)定位在平坦接收器電極對與平坦傳送器電極對之間的第一絕緣層，以便在系統的供電期間形成傳送器電極與接收器電極之間的電容性阻抗，其中系統還包括第二平坦接收器電極對與第二絕緣層，其中第二平坦接收器電極對也定位成平行于平坦傳送器電極對，并且第二絕緣層定位在第二平坦接收器電極對與平坦傳送器電極對之間，使得平坦傳送器電極對夾在兩個接收器電極對之間，并且具有相同極性的兩個接收器電極對的電極電連接。
[0010]本發明基本上基于發明人的以下見解:通過將附加的平坦接收器電極對剛好定位到傳送器電極的“自由”側可以獲得電容器面積的增加，該“自由”側與其中第一平坦接收器電極對被定位的側面相對地定位。這樣，電容器表面面積原則上可以加倍而不會增加接收器電極與傳送器電極二者的表面尺寸。發明人還認識到，原則上電容性損耗可以通過增加電容器的總表面面積而減小，同時維持電極和絕緣層的材料和尺寸相同。
[0011]接收器電極對中具有相同電極性的電極被電連接。該連接可以經由一個或多個導電電線實現，例如像銅或鋁那樣的金屬電線。
[0012]平坦傳送器電極對平坦接收器電極的平行定位要理解成傳送器電極的表面上的法線與對應接收器電極的表面上的法線之間的角度小于30度，優選地小于20度并且更優選地小于10度。接收器電極和傳送器電極是平坦的，但是將接受小的曲率，尤其在不面向另一電極的表面上。每個電極對的兩個分離的電極優選地設計成使得它們在單個平坦平面中具有一定距離。
[0013]電感器允許確保電容性供電系統的運轉。這樣的電感器用于在其供電期間使系統諧振。至少一個電感器需要存在于傳送器元件或接收器元件的電氣電路中。因而，這樣的電感器可以定位在傳送器電極之一與驅動器之間的電氣布線中。可替換地，電感器還可以定位在接收器電極之一與負載之間的電氣布線中。當僅一個電感器存在于電容性供電系統中時，出于安全原因，所述電感器優選地包括在接收器元件中。要強調的是，接收器元件和傳送器元件二者可以在其電氣電路中包含一個或多個電感器。
[0014]根據本發明的電容性供電系統的感興趣實施例特征在于，第一絕緣層和第二絕緣層安裝到平坦傳送器電極對。根據該設計的系統具有以下優點:通常長方形的傳送器電極保持完全被絕緣層覆蓋，即使在接收器元件被從傳送器元件移除的時候。平坦接收器電極對可以沒有絕緣層。優選地，出于安全原因，這些電極也提供有薄的絕緣層。
[0015]所發明的電容性供電系統的另一有利實施例具有以下特征:第一絕緣層和第二絕緣層形成其中嵌入平坦傳送器電極對的單個絕緣層。這允許傳送器元件的簡單且實用的設計。在該設計中，單個材料的絕緣層可以提供在兩個傳送器電極對周圍，例如借助于擠壓工藝。通過這樣的過程做出的絕緣層是無縫的，這降低了關于電氣故障的風險，比如兩個電極之間的短路。
[0016]還感興趣的是具有以下特性的所發明的電容性供電系統的實施例:第一絕緣層和第二絕緣層由柔性絕緣材料制成并且其中平坦傳送器電極對由金屬(合金)材料制成。根據該設計的電容性供電系統的傳送器部分可包括柔性平坦線纜或所謂的彎折箔。可以用在該實施例中的典型絕緣材料包括比如聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)之類的聚烯烴材料以及比如Kapton?之類的聚酰亞胺。適用于用作電極材料的典型金屬(合金)是銅和鋁或這些金屬與其它金屬的合金。
[0017]根據當前發明的電容性供電系統的另一實用實施例具有以下特征:平坦接收器電極對提供在電絕緣材料的第一板上并且第二平坦接收器電極對提供在電絕緣材料的第二板上，在所述板之間可以定位平坦傳送器電極對。根據該設計的供電系統具有以下實用優點:平坦板可以向接收器電極對提供剛性支撐。一個板可以形成其中容納負載的傳送器元件部分的構件。第一和第二板優選地由電絕緣材料制成。
[0018]根據后一設計的電容性供電系統有利實施例具有以下特征:兩個板提供有用于圍繞平坦傳送器電極對而夾緊板的裝置。這些夾緊裝置可以布置用于將接收器部分簡單緊固到傳送器部分。夾緊壓