CN102144266A - 零功耗电荷转移和信号传输电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及零功耗电荷转移和信号传输电缆，包括长度为八的导电材料(18)，它们层状排列，一个在另一个上面，每个分别可电连接以提供任意所需长度。每个导电材料层分别被交替的绝缘材料(19)的层相互间隔。导电材料层(10-17)形成充电折叠闭合环(20)和放电折叠闭合环(20)其中每个折叠闭合环的折叠的顶部(22)彼此相对设置，为电缆的端部，并由绝缘材料(19)相互隔离，从而形成电容性接触，使得电荷从所述充电折叠闭合环(20)转移到放电折叠闭合环(20)，以从电源向传输点发送交流电流，电阻大致为零，从而经给定距离从电源向传输点以零功率损耗发送功率。

Description

零功耗电荷转移和信号传输电缆
技术领域
本发明涉及一种电缆，更具体地说，涉及一种零功耗电荷转移和信号传输电缆。
背景技术
当通过导体传输电能时，由于导体电阻，将以热能形式释放能量，并产生电磁场。因此只要通过导体传输电能时，无论是为了信号传递还是为了从一点向另一点提供电能，只要导体长度增加，能量损耗也随之增加。为了限制由于产热而导致的功率损耗，用变压器(transformer)提高传输功率的电压以降低传输电流，从而减少热损耗。提高电压会增加电磁辐射，这是有害的，而且与儿童白血病相关。
现在已经研发出一种超导体来减少这些损耗，但是超导性需要额外装置提供必须的降温处理以使超导体具有超导性。这种降温需要能量，而且降温装置的体积限制了超导体的使用。超导体及其必要的额外装置价钱昂贵，因此，它的应用仅限于经济上可行时。
发明内容
本发明提供了一种零功耗电荷转移和信号传输电缆，包括两个折叠闭合连续电环。每个折叠闭合连续电环分别包含导电材料，该导电材料通过折叠成两个半环来形成闭合连续电环进而形成该折叠闭合连续电环。两个半环的外周被绝缘材料相互隔离，这样避免了两个半环被折叠形成折叠闭合连续电环时的任何电接触。折叠闭合连续电环的内周具有绝缘材料以避免折叠闭合连续电环的导电材料的内周的任何电接触。每个折叠闭合连续电环的每个半环的长度是零功耗电荷转移和信号传输电缆的长度。两个折叠闭合连续电环中之一是充电折叠闭合连续电环，另一个是放电折叠闭合连续电环。两个折叠闭合连续电环中的每一个的折叠顶部是零功耗电荷转移和信号传输电缆的端部，且具有连接器以便将充电和放电折叠闭合连续电环分别与电源和电功率传输点连接。一个折叠闭合连续电环的两个半环在另一个折叠闭合连续电环的另两个半环中对齐排布。它们被绝缘材料相互分离，使得内部折叠闭合连续电环的外表面仅与外部折叠闭合连续电环的内表面电容性接触。或者，充电和放电折叠闭合连续电环并排排布，使得充电和放电折叠闭合连续电环的每层导电材料的边缘相互对齐，但相隔适当间隙。因此折叠闭合连续电环相互间没有电接触，而是足够接近以利用电荷的所生成的电场，该电荷通常与电容器的电晕相关。两个折叠闭合连续电环中的每一个的折叠顶部是零功耗电荷转移和信号传输电缆的端部，且具有连接器以便将充电和放电折叠闭合连续电环分别与电源和电功率传输点连接。由于折叠闭合连续电环的并排排布，充电折叠闭合连续电环从充电折叠闭合连续电环的感应电场向放电折叠闭合连续电环放电。这样，由于电荷没有通过绝缘材料而是通过电场转移，这种配置将能够以恒定电压下的直流电流以及交流电流形式传输电能。
充电和放电折叠闭合连续电环的排布导致给电缆的充电折叠闭合连续电环充电的充电交流电流的每个半周期的交流电流或直流电流具有方向相反的交流电流，感应方向相反的电场，这可能在导电材料结构中产生中性区，使得充电电子无阻力地顺畅流过，给充电折叠闭合连续电环的绝缘体充电。然后，电荷通过绝缘材料或分离充电和放电折叠闭合连续电环的间隔传输给放电折叠闭合连续电环，再次导致放电交流电流或直流电流具有方向相反的交流电流，包括方向相反的电场，在导电材料结构中产生中性区，使得放电电子无阻力地顺畅流过，最终实现零功耗电荷转移和信号传输电缆。
中性区的大小以及流过中性区的电子数量与零功耗电荷转移和信号传输电缆的电容、传输直流电压或交流电压以及传输电压的频率直接相关。零功耗电荷转移和信号传输电缆以纯电容性电荷的形式沿其长度传输电能，作为恒定电压下的零损耗交流电流或直流电流。当以交流电流形式传输电能时，该电流与传输交流电压、其频率以及其电容直接相关，当以直流电流形式传输电能时，该电流与它的电压和电容直接相关。因此通过所述零功耗电荷转移和信号传输电缆传输的功率无损耗。
附图说明
结合下列附图对零功耗电荷转移和信号传输电缆作进一步说明：
图1是零功耗电荷转移和信号传输电缆的端部截面图，该电缆具有相互分隔的导电材料和绝缘材料层，该图示出了构成每个折叠闭合连续电环的端部排布；
图2是根据本发明第一实施例的该电缆的导电材料层排布的侧视图；
图3是根据本发明第二实施例的该电缆的导电材料层排布的侧视图；
图4是根据本发明第三实施例的折叠闭合连续电环的并排排布的侧视图；
图5是零功耗电荷转移和信号传输电缆的并排排布的端部截面图，该电缆具有互分隔的导电材料和绝缘材料层，该图示出了构成每个折叠闭合连续电环的端部排布。
具体实施方式
在图1中，长度为八的导电材料(eight lengths of an electric conductingmaterial)18，层状排列，一个在另一个上面，且被粘合剂压缩固定在一起。每个导电材料层可电连接以提供任意长度的电缆。每个导电材料18的层分别被交替的具有所需介电常数的绝缘材料层19相互隔离，包括外部导电材料层18的表面。在导电材料18的8个层的一端，所述8层分别被标记为10、11、12、13、14、15、16和17，如图1、图2和图3所示。
在本发明的第一实施例中，如图2所示，在零功耗电荷转移和信号传输电缆的一端，标号为10-17的导电材料18的8个层的端部配对排布，其中10和17、11和16、12和13以及14和15分别电连接。在另一端，导电材料18的8个层的端部配对排布，其中，10和11、12和15、13和14以及16和17分别电连接，以形成两个折叠闭合连续电环20，这两个电环的一个在另一个里面，排布方式如下：每个折叠闭合连续电环20的折叠半环21的导电材料层11和12和15和16被绝缘材料19隔离，使导电材料18和绝缘材料19的2区域电容性连接。
在本发明的第二实施例中，如图3所示，在零功耗电荷转移和信号传输电缆的一端，标号为10-17的导电材料18的8个层的端部配对排布，其中10和15、11和14、12和13以及16和17分别如图3所示电连接。在另一端，导电材料18的8个层的端部配对排布，其中10和11、12和17、13和16以及14和15分别电连接，以形成两个折叠闭合连续电环20，折叠闭合连续电环20的每个半环21交替排布，折叠闭合连续电环20的两个半环21中一个在另一个里面，排布方式如下：每个折叠闭合连续电环20的折叠半环21的导电材料层11和12、13和14以及15和16被绝缘材料19隔离，使导电材料18和绝缘材料19的3区域电容性连接。
在本发明的第三实施例中，如图4和图5所示，零功耗电荷转移和信号传输电缆包括由4个导电材料18的层构成的一对，4个导电材料18的层的边缘以间隙24间隔并排成直线排布。导电材料18的构成对的每一层被共用的绝缘材料19隔离，且被粘合剂压缩固定在一起。导电材料18构成的对的每一层分别被标记为10、11、12和13和14、15、16和17。在该电缆的一端，标号为10-13和14-17的导电材料18的层配对排布，其中10和13、11和12、14和15以及16和17分别电连接。在零功耗电荷转移和信号传输电缆的另一端，标号为10-13和14-17的导电材料层18配对排布，其中10和11、12和13、14和17以及15和16分别电连接。形成两个并排折叠闭合连续电环20，每个折叠闭合连续电环20的端部以间隙24间隔排布。
在本发明的所有三个实施例中，两个折叠闭合连续电环20中每一个的折叠的顶部22(即零功耗电荷转移和信号传输电缆的端部)提供有连接器(未示出)，其中一个折叠闭合连续电环20是充电折叠闭合连续电环，另一个折叠闭合连续电环20是放电折叠闭合环。当充电折叠闭合连续电环20与电源连接且放电折叠闭合连续电环20与电功率传输点连接时，来自电源的恒定电压下的电流向充电折叠闭合连续电环20的半折叠部21的反方向流动，导致反向电场，在导电材料18的结构中产生中性区，使得充电电子无阻力地顺畅流过，给充电折叠闭合连续电环20充电。
当充电后，在本发明的实施例1和2中，来自充电折叠闭合连续电环20电荷将通过绝缘材料19传输给放电折叠闭合连续电环20。在本发明的第三实施例中，来自充电折叠闭合连续电环20的电荷将通过导电材料18边缘的电场的方式穿过间隙24传输。放电折叠闭合连续电环20的电荷在放电折叠闭合连续电环20的半折叠部21中引起反向场，当电荷被作为电流释放给负载时，在导电材料结构中产生中性区，使得放电电子无阻力地顺畅流过，最终实现恒定电压下通过零功耗电荷转移和信号传输电缆进行电功率的零功耗传输。
折叠闭合连续电环被绝缘层(未示出)封装，绝缘层又被作为电荷容器的导电材料层(未示出)封装。它们都被封装在一个合适的保护覆盖层23中以便在折叠闭合连续电环的工作环境中保护充电和放电折叠闭合连续电环。覆盖层包括导电材料(未示出)以保护折叠闭合连续电环不受感应电干扰，且该导电材料与地连接以便将闪电放电(lightening discharge)引起的任意感应电流导向大地，从而避免电涌。
零功耗电荷转移和信号传输电缆的导电材料的中性区的大小以及流过中性区的电子数量及因此通过零功耗电荷转移和信号传输电缆传输的电流量(即交流电流I(安培)通过下列方式直接相关：
I＝2πfCV
其中，I(安培)＝传输电流，f(赫兹)＝电源的交流电流频率，V(伏特)＝电源电压，C(法拉)＝零功耗AC功率和信号传输电缆的电容。
在本发明的各个实施例中，电容C(法拉)与导电材料和绝缘材料的直径分别以下列方式相关：
第一实施例中
C＝KoKW2L/d(法拉)
且W＝每个导电材料层的宽度(图1)
L＝电缆长度(图2、3和4)
d＝绝缘材料的厚度
K＝介电常数
Ko＝真空介电常数
第二实施例中
C＝KoKW3L/d(法拉)
第三实施例中，
C＝KoKW2L/d(法拉)
根据第三实施例，零功耗电荷转移和信号传输电缆的导电材料的中性区的大小以及流过中性区的电子数量及因此通过零功耗电荷转移和信号传输电缆传输的电流量(即交流电流I(安培)通过下列方式直接相关：
I＝CV/t
其中，t是电荷从电源传输到负载的时间。零功耗电荷转移和信号传输电缆以纯电容性电荷的形式传输电能，在其长度上每个周期作为电能，其以下列方式与传输交流电流电压和电流I(安培)直接相关：
P＝IV＝2πfCV2
其中：
P＝传输功率(瓦特)
V＝传输AC电压(伏特)
f＝传输电压的频率(赫兹)
零功耗电荷转移和信号传输电缆以纯电容性电荷的形式传输电能，沿其长度作为电能，其以下列方式与传输直流电流电压和电流I(安培)直接相关：
P＝IV＝CV2/t
交流电流和功率的等式中没有电阻和电感函数，因此通过该电缆传输的功率具有零功耗，且没有或可以忽略电磁辐射。另外，传输间隙增加，电缆的长度L也随之增加，对于恒定宽度的导电材料18，零功耗电荷转移和信号传输电缆的电容也将增加，因为电容C(法拉)为：
C＝KoKWL/d(法拉)，对于第一和第三实施例
以及     C＝KoKW3L/d(法拉)，对于第二实施例
且 P＝2πfCV2(瓦特)，对于交流电流
P＝IV＝CV2/t，对于直流电流
因此，传输间隙增加时，零功耗电荷转移和信号传输电缆能够传输的功率越多，从而实现更远间隙无功耗传输更多功率。

Claims (6)

1.一种零功耗电荷转移和信号传输电缆，其特征在于，包括：
至少两个折叠闭合连续电环，至少分别具有彼此相同的区域的导电材料，
所述两个折叠闭合连续电环其中之一是充电折叠闭合连续电环，所述充电折叠闭合连续电环具有至少一个连接器，以便连接所述充电折叠闭合连续电环与电源，
所述两个折叠闭合连续电环中的另一个是放电折叠闭合连续电环，所述放电折叠闭合连续电环具有至少一个连接器，以便连接所述放电折叠闭合连续电环与电功率传输点，
所述充电和放电折叠闭合连续电环相互对齐排布，所述充电和放电折叠闭合连续电环被至少一种绝缘材料制成的至少一层隔离，使它们相互电容性接触，
通过所述充电折叠闭合连续电环，充电电流向一个方向流动然后向相反方向流动以产生电场并使电场反向，
通过电容性接触的所述绝缘材料，电荷从所述充电折叠闭合连续电环通过隔离所述充电和放电折叠闭合连续电环的所述绝缘材料转移给所述放电折叠闭合连续电环，
通过所述放电折叠闭合连续电环，放电电流向一个方向流动然后向相反方向流动以产生反向电场并放电给负载，从而将来自电源的电能传输给传输点，
所述充电和放电折叠闭合连续电环恰当封装在至少一个保护覆盖层中，所述至少一个保护覆盖层具有容纳电荷、给所述充电和放电折叠闭合连续电环充电和放电、在其工作环境中保护所述充电和放电折叠闭合连续电环的元件。
2.一种零功耗电荷转移和信号传输电缆，其特征在于，包括：
至少两个折叠闭合连续电环，至少分别具有彼此相同的区域的导电材料，
所述两个折叠闭合连续电环其中之一是充电折叠闭合连续电环，所述充电折叠闭合连续电环具有至少一个连接器，以便连接所述充电折叠闭合连续电环与电源，
所述两个折叠闭合连续电环中的另一个是放电折叠闭合连续电环，所述放电折叠闭合连续电环具有至少一个连接器，以便连接所述放电折叠闭合连续电环与电功率传输点，
所述充电和放电折叠闭合连续电环并排且相互对齐排布，所述充电和放电折叠闭合连续电环被间隔分开，所述间隔避免所述并排排布的充电和放电折叠闭合连续电环间的电接触，
通过所述充电折叠闭合连续电环，充电电流向一个方向流动然后向相反方向流动以产生电场和使电场反向，
通过电容性接触的所述绝缘材料，电荷从所述充电折叠闭合连续电环通过隔离所述充电和放电折叠闭合连续电环的所述间隔转移给所述放电折叠闭合连续电环，
通过所述放电折叠闭合连续电环，放电电流向一个方向流动然后向相反方向流动以产生反向电场并放电给负载，从而将来自电源的电能传输给电功率传输点，
所述充电和放电折叠闭合连续电环被恰当封装在至少一个保护覆盖层中，所述至少一个保护覆盖层具有容纳电荷、给所述充电和放电折叠闭合连续电环充电和放电、在其工作环境中保护所述充电和放电折叠闭合连续电环的元件。
3.根据权利要求1或2所述的零功耗电荷转移和信号传输电缆，其特征在于：
所述充电折叠闭合连续电环具有至少一个连接点，以便连接所述充电折叠闭合连续电环与电源的，
所述放电折叠闭合连续电环具有至少一个连接点，以便连接所述放电折叠闭合连续电环与电功率传输点。
4.根据权利要求1或2所述的零功耗电荷转移和信号传输电缆，其特征在于：
所述充电和放电折叠闭合连续电环封装在至少一个绝缘材料层中，封装充电和放电折叠闭合连续电环的所述绝缘材料封装在至少一个作为电荷容器的导电材料层中，
封装在所述绝缘材料中的充电和放电折叠闭合连续电环和所述导电材料都封装在保护覆盖层中，所述保护覆盖层包含导电材料，以便保护所述充电折叠闭合环以及放电折叠闭合连续电环不受感应电干扰，
所述包含的导电材料与地连接，以便将闪电和其它泄露引起的电能向地导出，从而保护所述充电折叠闭合连续电环和所述放电折叠闭合连续电环不产生电源浪涌。
5.一种充电和放电折叠闭合连续电环，其特征在于，包括：
形成闭合连续电环的导电材料，折叠成至少两个半环的所述闭合连续电环形成所述折叠闭合连续电环，
至少两个所述半环的外周被绝缘材料相互隔绝，以便当至少两个所述半环折叠形成所述折叠闭合连续电环时避免电接触，
所述闭合连续电环的内周包含至少两个所述半环，所述半环中布置有绝缘材料，以便防止所述折叠闭合连续电环的所述导电材料的所述内周的任意电接触，从而形成所述折叠闭合连续电环。
6.根据权利要求5中所述的充电和放电折叠闭合连续电环，其特征在于：
所述折叠闭合连续电环具有合适的连接器，以便将所述折叠闭合连续电环与电路连接，使得充电和放电电流反向流动，从而产生反向电场，
所述折叠闭合连续电环的外周具有至少一个未隔绝部分，以便产生电接触。
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