RU2800691C2 - Anti-icing systems - Google Patents
Anti-icing systems Download PDFInfo
- Publication number
- RU2800691C2 RU2800691C2 RU2021104752A RU2021104752A RU2800691C2 RU 2800691 C2 RU2800691 C2 RU 2800691C2 RU 2021104752 A RU2021104752 A RU 2021104752A RU 2021104752 A RU2021104752 A RU 2021104752A RU 2800691 C2 RU2800691 C2 RU 2800691C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- conductive
- conductive layer
- aircraft
- layer
- skin
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 162
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 133
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 449
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 60
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 49
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 49
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 21
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims description 7
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 66
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 20
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 abstract description 20
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 abstract description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 109
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 44
- 238000013461 design Methods 0.000 description 38
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 32
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 29
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 25
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 18
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 12
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 12
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 11
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 11
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 11
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 10
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 10
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 9
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 9
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 9
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 8
- 230000006870 function Effects 0.000 description 8
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 8
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 7
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 7
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 5
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 5
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 5
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 108010001267 Protein Subunits Proteins 0.000 description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 4
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 4
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 4
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 4
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 3
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 3
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 3
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 3
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 3
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 3
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 3
- 230000005288 electromagnetic effect Effects 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010754 BS 2869 Class F Substances 0.000 description 2
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 2
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000005041 Mylar™ Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002313 adhesive film Substances 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 2
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- 229920003223 poly(pyromellitimide-1,4-diphenyl ether) Polymers 0.000 description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229920000271 Kevlar® Polymers 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 229910052454 barium strontium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 239000004918 carbon fiber reinforced polymer Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 210000003298 dental enamel Anatomy 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002320 enamel (paints) Substances 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 230000008713 feedback mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 238000002847 impedance measurement Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- MTRJKZUDDJZTLA-UHFFFAOYSA-N iron yttrium Chemical compound [Fe].[Y] MTRJKZUDDJZTLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004761 kevlar Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000010200 validation analysis Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИCROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS
Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США №62/723,270, поданной 27 августа 2018 г., содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.This application claims priority from U.S. Patent Application No. 62/723,270, filed Aug. 27, 2018, the contents of which are hereby incorporated by reference in their entirety.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Настоящая заявка относится к системам нагрева для проводящих материалов.The present application relates to heating systems for conductive materials.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
Многие проводящие поверхности, такие как поверхности автомобилей, летательных аппаратов и спутников, ежедневно подвергаются воздействию условий низких температур и обледенения. Скопление льда или воды на проводящих поверхностях этих конструкций может привести к неэффективным или небезопасным условиям эксплуатации. Например, скопление льда на крыльях летательного аппарата может привести к снижению подъемной силы и увеличению сопротивления.Many conductive surfaces, such as automobiles, aircraft and satellites, are exposed to freezing and icing conditions on a daily basis. Accumulation of ice or water on the conductive surfaces of these structures can result in inefficient or unsafe operating conditions. For example, the accumulation of ice on the wings of an aircraft can lead to a decrease in lift and an increase in drag.
Многие из этих конструкций не оснащены системами нагрева или же оснащены системами нагрева, требующими использования громоздкого электронного оборудования или оборудования другого типа. Использование громоздких устройств в данной отрасли промышленности является проблемой.Many of these designs are not equipped with heating systems, or are equipped with heating systems that require the use of bulky electronic equipment or other types of equipment. The use of bulky devices in this industry is a problem.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION
В настоящей заявке описаны технологии нагрева проводящих поверхностей. Эти технологии, как правило, предусматривают использование высокочастотных сигналов переменного тока (например, с частотой выше 1 кГц) для формирования плотности тока в целевой области проводящей объемной среды (например, проводящего материала), что приводит к джоулеву нагреву среды.This application describes technologies for heating conductive surfaces. These technologies typically use high frequency AC signals (eg, above 1 kHz) to generate current density in a target region of a conductive bulk medium (eg, conductive material), resulting in Joule heating of the medium.
Джоулев нагрев, также известный как омический нагрев или резистивный нагрев, представляет собой процесс, в ходе которого при прохождении электрического тока через проводник вырабатывается тепло. Количество тепла, вырабатываемого проводящей средой, зависит от количества тока, прошедшего через среду, и электрического сопротивления среды. Следовательно, нагрев можно регулировать (например, увеличивать или уменьшать) путем регулировки тока, напряжения, сопротивления или их комбинации.Joule heating, also known as ohmic heating or resistive heating, is a process in which heat is generated when an electric current is passed through a conductor. The amount of heat generated by a conducting medium depends on the amount of current passing through the medium and the electrical resistance of the medium. Therefore, heat can be controlled (eg, increased or decreased) by adjusting current, voltage, resistance, or a combination thereof.
Сопротивление определенного проводника может быть увеличено путем ограничения объема проводника, в котором может протекать ток, и увеличения длины, вдоль которой течет ток. Варианты реализации настоящего изобретения могут быть выполнены с возможностью осуществления нагрева объемной среды путем управления механизмами формирования (например, сужения, удлинения и т.д.) тока в проводящей среде (например, объемной среде, проводнике): например, с использованием поверхностного эффекта и эффекта близости. Оба эффекта основаны на пропускании высокочастотного переменного тока через проводящую среду, которая должна быть нагрета. Поверхностный эффект ограничивает протекание тока за счет использования тенденции переменного электрического тока к распределению в проводнике таким образом, что плотность тока увеличивается вблизи поверхности проводника и уменьшается в направлении вглубь проводника. Эффект близости может использоваться для дополнительного ограничения протекания тока в проводнике путем размещения другого пути переменного тока вблизи существующего тока, протекающего в проводнике. Эффект близости также может удлинять путь тока.The resistance of a particular conductor can be increased by limiting the volume of the conductor in which the current can flow and by increasing the length along which the current flows. Embodiments of the present invention may be configured to heat a bulk medium by controlling the mechanisms of current generation (e.g., constriction, elongation, etc.) in a conductive medium (e.g., bulk medium, conductor): for example, using the skin effect and the effect proximity. Both effects are based on passing a high-frequency alternating current through a conducting medium that must be heated. The skin effect limits the flow of current by exploiting the tendency of the alternating current to distribute in the conductor such that the current density increases near the surface of the conductor and decreases towards the interior of the conductor. The proximity effect can be used to further limit the current flow in the conductor by placing another AC path close to the existing current flowing in the conductor. The proximity effect can also lengthen the current path.
Например, варианты реализации настоящего изобретения выполнены с возможностью увеличения сопротивления объемной среды вдоль пути тока через среду путем сужения тока вдоль пути. Следовательно, варианты реализации могут обеспечивать повышенную эффективность нагрева в проводящих средах и при этом позволяют уменьшить количество тока, необходимого для выработки тепла. То есть за счет увеличения эффективного сопротивления проводящей среды вдоль конкретного пути тока для осуществления джоулева нагрева среды может потребоваться меньшее количество тока, чем потребовалось бы в ином случае.For example, embodiments of the present invention are configured to increase the resistance of a bulk medium along a current path through the medium by narrowing the current along the path. Therefore, embodiments can provide improved heating efficiency in conductive media while still reducing the amount of current needed to generate heat. That is, by increasing the effective resistance of the conducting medium along a particular current path, Joule heating of the medium may require less current than would otherwise be required.
В общем, согласно первому аспекту настоящего изобретения система для нагрева объемной среды включает в себя два или более электродов, расположенных на расстоянии друг от друга и подключенных к объемной среде; и систему управления питанием, подключенную к электродам, причем система управления питанием выполнена с возможностью создания эффективного сопротивления объемной среды вдоль пути тока между электродами путем формирования плотности тока в объемной среде, в которой система управления питанием формирует плотность тока в глубине объемной среды путем регулировки глубины скин-слоя тока вдоль пути тока, и в которой система управления питанием формирует плотность тока в направлении поперек пути тока с помощью системы управления питанием путем регулировки эффекта близости тока.In general, according to the first aspect of the present invention, a system for heating a bulk medium includes two or more electrodes located at a distance from each other and connected to the bulk medium; and a power management system connected to the electrodes, wherein the power management system is configured to create an effective resistance of the bulk medium along the current path between the electrodes by generating a current density in the bulk medium, in which the power management system generates a current density in the depth of the bulk medium by adjusting the skin depth - a current layer along the current path, and in which the power management system generates the current density in the direction across the current path with the help of the power management system by adjusting the current proximity effect.
Второй общий аспект может быть воплощен в системе для нагрева объемной среды, которая включает в себя два или более электродов, расположенных на расстоянии друг от друга и подключенных к объемной среде; и систему управления питанием, подключенную к электродам, причем система управления питанием выполнена с возможностью нагрева объемной среды путем формирования плотности тока вдоль пути тока между электродами, что приводит к созданию эффективного сопротивления вдоль пути тока в объемной среде, которое больше, чем сопротивление объемной среды постоянному току, в которой система управления питанием формирует плотность тока в глубине объемной среды путем регулировки глубины скин-слоя тока, и в которой система управления питанием формирует плотность тока в направлении поперек пути тока с помощью системы управления питанием путем регулировки эффекта близости тока.The second general aspect may be embodied in a system for heating a bulk medium, which includes two or more electrodes located at a distance from each other and connected to the bulk medium; and a power management system connected to the electrodes, wherein the power management system is configured to heat the bulk medium by generating a current density along the current path between the electrodes, which results in the creation of an effective resistance along the current path in the bulk medium, which is greater than the resistance of the bulk medium to constant current, in which the power management system generates the current density in the depth of the bulk medium by adjusting the depth of the current skin layer, and in which the power management system generates the current density in the direction across the current path by the power management system by adjusting the current proximity effect.
Третий общий аспект может быть воплощен в системе, которая включает в себя два или более электродов, выполненных с возможностью подключения к объемной среде; и систему управления питанием, выполненную с возможностью подключения электродов и нагрева объемной среды путем формирования плотности тока вдоль пути тока через объемную среду между электродами, что приводит к созданию эффективного сопротивления вдоль пути тока, которое больше, чем сопротивление объемной среды постоянному току, в которой система управления питанием формирует плотность тока в глубине объемной среды путем регулировки глубины скин-слоя тока, и в которой система управления питанием формирует плотность тока в направлении поперек участка пути тока с помощью системы управления питанием путем регулировки эффекта близости тока.A third general aspect may be embodied in a system that includes two or more electrodes configured to be connected to a bulk medium; and a power management system configured to connect the electrodes and heat the bulk medium by generating a current density along the current path through the bulk medium between the electrodes, resulting in an effective resistance along the current path that is greater than the DC resistance of the bulk medium in which the system the power management system generates the current density in the depth of the bulk medium by adjusting the current skin depth, and in which the power management system generates the current density in the direction across the section of the current path using the power management system by adjusting the current proximity effect.
Четвертый общий аспект может быть воплощен в системе, которая включает в себя два или более электродов, расположенных на расстоянии друг от друга и подключенных к объемной среде; систему управления питанием, подключенную к электродам и выполненную с возможностью выработки сигнала переменного тока вдоль пути тока через объемную среду между электродами с частотой выше 1 кГц и ниже 300 ГГц; и второй путь тока, расположенный вблизи поверхности объемной среды и вдоль пути тока через объемную среду.The fourth general aspect can be embodied in a system that includes two or more electrodes located at a distance from each other and connected to a bulk medium; a power management system connected to the electrodes and configured to generate an AC signal along the current path through the bulk medium between the electrodes at a frequency above 1 kHz and below 300 GHz; and a second current path located near the surface of the bulk medium and along the current path through the bulk medium.
Пятый общий аспект может быть воплощен в системе нагрева, которая включает в себя два или более электродов, расположенных на расстоянии друг от друга и подключенных к объемной среде; систему управления питанием, подключенную к электродам и выполненную с возможностью выработки сигнала переменного тока вдоль пути тока через объемную среду для нагрева объемной среды; и схему регулировки импеданса, подключенную между системой управления нагревом и электродами и выполненную с возможностью регулировки импеданса системы управления нагревом в соответствии с импедансом объемной среды.The fifth general aspect may be embodied in a heating system that includes two or more electrodes spaced apart and connected to a bulk medium; a power management system connected to the electrodes and configured to generate an AC signal along a current path through the bulk medium to heat the bulk medium; and an impedance adjustment circuit connected between the heating control system and the electrodes and configured to adjust the impedance of the heating control system in accordance with the impedance of the bulk medium.
Шестой общий аспект может быть воплощен в системе нагрева, которая включает в себя два или более электродов, расположенных на расстоянии друг от друга и подключенных к объемной среде, причем каждый из двух или более электродов включает в себя материал, обладающий по меньшей мере такой же электропроводностью, как объемная среда, и подключенный к объемной среде таким образом, чтобы уменьшать контактное сопротивление между электродом и объемной средой; и систему управления питанием, выполненную с возможностью подключения к электродам, причем система управления питанием выполнена с возможностью нагрева объемной среды путем формирования плотности тока вдоль пути тока через объемную среду между электродами, что приводит к созданию эффективного сопротивления вдоль пути тока, которое больше, чем сопротивление объемной среды постоянному току, причем система нагрева формирует плотность тока путем регулировки глубины скин-слоя тока вдоль пути тока.A sixth general aspect may be embodied in a heating system that includes two or more electrodes spaced apart and connected to a bulk medium, each of the two or more electrodes including a material having at least the same electrical conductivity. , as a bulk medium, and connected to the bulk medium in such a way as to reduce the contact resistance between the electrode and the bulk medium; and a power management system configured to be connected to the electrodes, wherein the power management system is configured to heat the bulk medium by generating a current density along the current path through the bulk medium between the electrodes, resulting in an effective resistance along the current path that is greater than the resistance volumetric medium to direct current, and the heating system generates the current density by adjusting the depth of the current skin layer along the current path.
Седьмой общий аспект может быть воплощен в противообледенительной системе летательного аппарата, которая включает в себя два или более электродов, расположенных на расстоянии друг от друга и подключенных к участку летательного аппарата; систему управления питанием, подключенную к электродам и выполненную с возможностью нагрева объемной среды путем формирования плотности тока вдоль пути тока через объемную среду между электродами путем: выработки сигнала переменного тока вдоль пути тока через участок летательного аппарата между электродами с частотой от 1 МГц до 50 МГц, причем частота вызывает формирование плотности тока в первом направлении путем регулировки глубины скин-слоя тока вдоль пути тока; и обеспечения второго пути тока, расположенного вдоль по меньшей мере участка пути тока через участок летательного аппарата и в пределах 10 см от поверхности участка летательного аппарата, причем близость второго пути тока к поверхности участка летательного аппарата вызывает формирование плотности тока во втором отличном направлении путем регулировки эффекта близости тока вдоль участка пути тока.A seventh general aspect may be embodied in an aircraft de-icing system that includes two or more electrodes spaced apart and connected to a portion of the aircraft; a power management system connected to the electrodes and configured to heat the volumetric medium by generating a current density along the current path through the volumetric medium between the electrodes by: generating an alternating current signal along the current path through the section of the aircraft between the electrodes with a frequency of 1 MHz to 50 MHz, moreover, the frequency causes the formation of the current density in the first direction by adjusting the depth of the skin layer of the current along the path of the current; and providing a second current path located along at least a section of the current path through the aircraft section and within 10 cm from the surface of the aircraft section, wherein the proximity of the second current path to the surface of the aircraft section causes the current density to be generated in a second different direction by adjusting the effect the proximity of the current along the section of the current path.
Восьмой общий аспект может быть воплощен в системе для нагрева внешней поверхности объемной среды. Система включает в себя две или более соединительных полос, расположенных на расстоянии друг от друга и прикрепленных к объемной среде. Каждая из соединительных полос имеет многослойную конструкцию, проходящую вдоль поверхности объемной среды, которая в комбинации с объемной средой образует линию электропередачи. Многослойная конструкция включает в себя первый диэлектрический слой поверх объемной среды, проводящий слой поверх первого диэлектрического слоя, второй диэлектрический слой поверх проводящего слоя и проводящий экранирующий слой поверх второго диэлектрического слоя. Система управления питанием подключена к проводящему слою каждой из соединительных полос и к объемной среде. Система управления питанием выполнена с возможностью нагрева поверхности объемной среды путем подачи электрического тока на соединительные полосы. В различных вариантах реализации объемная среда может представлять собой обшивку летательного аппарата, лопасть ветровой турбины, крышу здания или железнодорожные пути.An eighth general aspect may be embodied in a system for heating the outer surface of a bulk medium. The system includes two or more connecting strips located at a distance from each other and attached to the bulk medium. Each of the connecting strips has a multilayer structure extending along the surface of the bulk medium, which, in combination with the bulk medium, forms a transmission line. The multilayer structure includes a first dielectric layer over the bulk medium, a conductive layer over the first dielectric layer, a second dielectric layer over the conductive layer, and a conductive shielding layer over the second dielectric layer. The power management system is connected to the conductive layer of each of the connecting strips and to the bulk medium. The power control system is configured to heat the surface of the bulk medium by supplying electric current to the connecting strips. In various embodiments, the volumetric medium may be the skin of an aircraft, a wind turbine blade, the roof of a building, or railroad tracks.
Девятый общий аспект может быть воплощен в системе для нагрева внешней части конструкции, причем конструкция выполнена из непроводящего материала. Конструкция включает в себя объемный проводящий материал, встроенный в нее. Система включает в себя две или более соединительных полос, расположенных на расстоянии друг от друга и прикрепленных к конструкции. Каждая из соединительных полос имеет многослойную конструкцию, проходящую вдоль конструкции, которая в комбинации с объемным проводящим материалом, встроенным в конструкцию, образует линию электропередачи. Многослойная конструкция включает в себя проводящий слой, перекрывающий объемный проводящий материал, и первый диэлектрический слой между объемным проводящим материалом и первым проводящим слоем. Система управления питанием подключена к проводящему слою каждой из соединительных полос и к конструкции. Система управления питанием выполнена с возможностью нагрева поверхности конструкции путем подачи электрического тока на соединительные полосы. В различных вариантах реализации конструкция может представлять собой обшивку летательного аппарата, лопасть ветровой турбины, крышу здания или железнодорожные пути.A ninth general aspect may be embodied in a system for heating the exterior of a structure, the structure being made of a non-conductive material. The design includes bulk conductive material embedded in it. The system includes two or more connecting strips located at a distance from each other and attached to the structure. Each of the connecting strips has a sandwich structure extending along the structure which, in combination with the bulk conductive material embedded in the structure, forms a transmission line. The multilayer structure includes a conductive layer overlying the bulk conductive material and a first dielectric layer between the bulk conductive material and the first conductive layer. The power management system is connected to the conductive layer of each of the connecting strips and to the structure. The power management system is configured to heat the surface of the structure by supplying electric current to the connecting strips. In various embodiments, the structure may be the skin of an aircraft, a wind turbine blade, the roof of a building, or railroad tracks.
Десятый общий аспект может быть воплощен в способе установки системы для нагрева объемной среды. Способ включает в себя этап, на котором получают соединительные полосы, причем каждая соединительная полоса содержит многослойную конструкцию, которая включает в себя первый диэлектрический слой, проводящий слой, перекрывающий первый диэлектрический слой, проводящий экранирующий слой, перекрывающий проводящий слой, и второй диэлектрический слой между проводящим слоем и проводящим экранирующим слоем. Способ включает этап, на котором прикрепляют каждую из соединительных полос к поверхности объемной среды на расстоянии друг от друга, при этом первый диэлектрический слой каждой соединительной полосы расположен между объемной средой и проводящим слоем. Способ включает в себя этап, на котором подключают проводящий слой каждой из соединительных полос к системе управления питанием, выполненной с возможностью подачи электрического тока на соединительные полосы. В различных вариантах реализации объемная среда содержит обшивку летательного аппарата, лопасть ветровой турбины, крышу здания или железнодорожные пути.The tenth general aspect can be embodied in a method for installing a system for heating a bulk medium. The method includes the step of obtaining connecting strips, where each connecting strip contains a multilayer structure, which includes a first dielectric layer, a conductive layer overlapping the first dielectric layer, a conductive shielding layer overlapping the conductive layer, and a second dielectric layer between the conductive layer and a conductive shielding layer. The method includes the step of attaching each of the connecting strips to the surface of the bulk medium at a distance from each other, wherein the first dielectric layer of each connecting strip is located between the bulk medium and the conductive layer. The method includes connecting a conductive layer of each of the connecting strips to a power management system configured to supply electric current to the connecting strips. In various embodiments, the volumetric medium comprises the skin of an aircraft, a wind turbine blade, a roof of a building, or railroad tracks.
Объект настоящего изобретения, описанный в настоящей заявке, может быть реализован так, чтобы осуществлять одно или более следующих преимуществ. Для нагрева проводника может использоваться менее громоздкая электрическая система меньшего веса. Кроме того, нагрев может быть локализован в целевой области, чтобы не перегревать схемы системы нагрева. Система нагрева может быть более эффективной, например, за счет выработки тепла непосредственно в самой объемной среде (например, крыле летательного аппарата), а не в нагревательном элементе или нагревательном слое, прикрепленном к объемной среде. Система также может использовать меньший ток и напряжение для нагрева, что потенциально повышает безопасность и надежность. В некоторых вариантах реализации может быть также уменьшено напряжение компонентов. Установка или модернизация системы может происходить проще, быстрее или дешевле. Обслуживание системы может быть дешевле или проще. Система может не требовать вмешательства при установке в существующие системы. Система может быстрее устранять обледенение.The object of the present invention described in this application may be implemented so as to implement one or more of the following advantages. A less bulky and lighter electrical system can be used to heat the conductor. In addition, heating can be localized to the target area so as not to overheat the circuits of the heating system. The heating system may be more efficient, for example, by generating heat directly in the bulk medium itself (eg an aircraft wing) rather than in a heating element or heating layer attached to the bulk medium. The system can also use less current and voltage for heating, potentially improving safety and reliability. In some implementations, the voltage of the components may also be reduced. Installing or upgrading a system can be easier, faster, or cheaper. Maintenance of the system may be cheaper or easier. The system may not require intervention when installed in existing systems. The system can de-ice faster.
Подробная информация об одном или более вариантах реализации объекта настоящего изобретения приведена на приложенных чертежах и в следующем далее описании. Другие признаки, аспекты и преимущества объекта настоящего изобретения станут очевидными из описания, чертежей и формулы изобретения.Detailed information about one or more embodiments of the object of the present invention are given in the attached drawings and in the following description. Other features, aspects and advantages of the subject matter of the present invention will become apparent from the description, drawings and claims.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение примерной системы для нагрева объемной среды.Fig. 1 is a schematic representation of an exemplary bulk medium heating system.
Фиг. 2A-2B представляют собой схематические изображения, иллюстрирующие примерную систему для нагрева объемной среды, в которой используется поверхностный эффект для концентрации плотности тока в первом направлении в объемном проводнике.Fig. 2A-2B are schematic views illustrating an exemplary bulk medium heating system that uses the skin effect to concentrate current density in a first direction in a bulk conductor.
Фиг. 3 представляет собой график, иллюстрирующий повышенную концентрацию плотности тока в зависимости от подаваемого переменного тока за счет поверхностного эффекта.Fig. 3 is a graph illustrating increased current density concentration versus applied AC due to skin effect.
Фиг. 4A-D представляют собой схематические изображения, иллюстрирующие примерные системы для нагрева объемной среды, в которых используется эффект близости для концентрации плотности тока во втором направлении в объемном проводнике.Fig. 4A-D are schematic diagrams illustrating exemplary bulk media heating systems that use the proximity effect to concentrate current density in the second direction in the bulk conductor.
Фиг. 5A-B представляют собой результаты графического моделирования, иллюстрирующие повышенную концентрацию плотности тока в объемном проводнике вблизи второго проводника в зависимости от расстояния между проводниками за счет эффекта близости.Fig. 5A-B are graphical simulation results illustrating the increased current density concentration in the bulk conductor near the second conductor as a function of the distance between the conductors due to the proximity effect.
Фиг. 6A представляет собой схематическое изображение примерной системы для нагрева объемной среды с использованием группы электродов.Fig. 6A is a schematic representation of an exemplary bulk medium heating system using an array of electrodes.
Фиг. 6B-D представляют собой схематические изображения примерных систем для нагрева объемной среды с использованием различных электродных устройств.Fig. 6B-D are schematic representations of exemplary bulk media heating systems using various electrode devices.
Фиг. 7 представляет собой схематическое изображение примерного блока преобразования сигнала, включающего в себя основные подблоки преобразования в стандартизированное питание и выработки переменного тока.Fig. 7 is a schematic diagram of an exemplary signal conversion unit including the main sub-units of conversion to standardized power and AC generation.
Фиг. 8 представляет собой схематическое изображение примерного блока преобразования сигнала, включающего в себя основные подблоки преобразования в стандартизированное питание, выработки переменного тока и управления.Fig. 8 is a schematic representation of an exemplary signal conversion unit including the main sub-units of power conversion, AC generation, and control.
Фиг. 9A представляет собой схематическое изображение примерного подблока преобразования в стандартизированное питание, включающего в себя обратноходовой преобразователь и синфазный дроссель.Fig. 9A is a schematic of an exemplary power conversion sub-unit including a flyback converter and a common mode choke.
Фиг. 9B представляет собой схематическое изображение примерного обратноходового преобразователя.Fig. 9B is a schematic representation of an exemplary flyback converter.
Фиг. 10A представляет собой схематическое изображение примерного подблока выработки переменного тока, включающего в себя усилитель класса D с двойными полевыми МОП-транзисторами, кварцевый генератор с температурной компенсацией и драйвер затвора.Fig. 10A is a schematic of an exemplary AC generation subunit including a dual MOSFET class D amplifier, a temperature compensated crystal oscillator, and a gate driver.
Фиг. 10B представляет собой схематическое изображение примерного коммутирующего усилителя класса D.Fig. 10B is a schematic representation of an exemplary class D switching amplifier.
Фиг. 10C представляет собой схематическое изображение примерного подблока выработки переменного тока, включающего в себя усилитель класса D с двойными полевыми МОП-транзисторами, кварцевый генератор с температурной компенсацией, драйвер затвора и каскад преобразования малой мощности.Fig. 10C is a schematic of an exemplary AC generation subunit including a dual MOSFET class D amplifier, a temperature compensated crystal oscillator, a gate driver, and a low power conversion stage.
Фиг. 11 представляет собой схематическое изображение примерного подблока управления, включающего в себя микроконтроллер и каскад преобразования малой мощности.Fig. 11 is a schematic diagram of an exemplary control sub-unit including a microcontroller and a low power conversion stage.
Фиг. 12 представляет собой схематическое изображение схемы регулировки импеданса между источником и нагрузкой.Fig. 12 is a schematic diagram of an impedance adjustment circuit between a source and a load.
Фиг. 13A-D представляют собой схематические изображения примерных структурных блоков схемы регулировки импеданса.Fig. 13A-D are schematic illustrations of exemplary building blocks of an impedance adjustment circuit.
Фиг. 14 представляет собой схематическое изображение примерного блока схемы регулировки, включающего в себя подблок пассивной регулировки.Fig. 14 is a schematic diagram of an exemplary adjustment circuit block including a passive adjustment sub-unit.
Фиг. 15A представляет собой схематическое изображение примерного блока схемы регулировки, включающего в себя подблок активной регулировки и подблок управления.Fig. 15A is a schematic diagram of an exemplary regulation circuit block including an active regulation sub-block and a control sub-block.
Фиг. 15B представляет собой схематическое изображение примерного блока схемы регулировки, включающего в себя подблок активной регулировки, каскад преобразования малой мощности и подблок управления.Fig. 15B is a schematic diagram of an exemplary regulation circuit block including an active regulation sub-block, a low power conversion stage, and a control sub-block.
Фиг. 16 представляет собой схематическое изображение ступеней кабелей в примерной системе нагрева.Fig. 16 is a schematic representation of cable stages in an exemplary heating system.
Фиг. 17 представляет собой схематическое изображение примерного электрода для системы нагрева.Fig. 17 is a schematic representation of an exemplary electrode for a heating system.
Фиг. 18A представляет собой схематическое изображение примерного крепления между электродом и объемной средой посредством паяного соединения.Fig. 18A is a schematic representation of an exemplary attachment between an electrode and a bulk medium by means of a solder joint.
Фиг. 18B представляет собой схематическое изображение примерного крепления между электродом и объемной средой посредством заклепок.Fig. 18B is a schematic representation of an exemplary attachment between the electrode and the bulk medium by means of rivets.
Фиг. 18C представляет собой схематическое изображение примерного крепления между электродом и объемной средой посредством герметизирующей ленты.Fig. 18C is a schematic representation of an exemplary attachment between the electrode and the bulk medium by means of a sealing tape.
Фиг. 18D представляет собой схематическое изображение примерного комбинированного крепления между электродом и объемной средой.Fig. 18D is a schematic representation of an exemplary combined attachment between an electrode and a bulk medium.
Фиг. 19 представляет собой вид в разрезе примерной соединительной полосы для подачи высокочастотных сигналов нагрева на объемную среду в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения.Fig. 19 is a sectional view of an exemplary bonding strip for delivering high frequency heating signals to a bulk medium, in accordance with embodiments of the present invention.
Фиг. 20 представляет собой примерную схему расположения соединительных полос по Фиг. 19 на крыле летательного аппарата.Fig. 20 is an exemplary layout of the connecting strips of FIG. 19 on the wing of the aircraft.
Фиг. 21 представляет собой вид сверху нескольких примерных соединительных полос для иллюстрации различных конфигураций проводящего слоя в соединительной полосе.Fig. 21 is a plan view of several exemplary bond strips to illustrate various conductive layer configurations in the bond strip.
Фиг. 22A представляет собой график моделируемой плотности тока, создаваемой в обшивке летательного аппарата примерной соединительной полосой, и плотности электрического поля между соединительной полосой и обшивкой летательного аппарата.Fig. 22A is a plot of the simulated current density generated in the aircraft skin by an exemplary bonding strip and the electric field density between the bonding strip and the aircraft skin.
Фиг. 22B представляет собой график моделируемой плотности тока, создаваемой в обшивке летательного аппарата, проиллюстрированной на Фиг. 22A.Fig. 22B is a graph of the simulated current density generated in the aircraft skin illustrated in FIG. 22A.
Фиг. 23 представляет собой схематические изображения схем расположения нескольких примерных компоновок проводящего слоя в соединительной полосе.Fig. 23 are schematic diagrams of arrangements of several exemplary conductive layer arrangements in a bonding strip.
Фиг. 24A представляет собой вид в разрезе, взятом по линии A-A', соединительной полосы согласно схеме A расположения на Фиг. 23.Fig. 24A is a sectional view, taken along the line A-A', of the connecting strip according to the arrangement A in FIG. 23.
Фиг. 24B представляет собой вид в разрезе, взятом по линии B-B', соединительной полосы согласно схеме B расположения на Фиг. 23.Fig. 24B is a sectional view, taken along the line B-B', of the connecting strip according to the layout B in FIG. 23.
Фиг. 24C представляет собой вид в разрезе, взятом по линии C-C', соединительной полосы согласно схеме C расположения и схеме D расположения на Фиг. 23.Fig. 24C is a sectional view, taken along the line C-C', of the connecting strip according to the layout C and the layout D in FIG. 23.
Фиг. 25A представляет собой вид в разрезе примерной конфигурации для крепления соединительной полосы к объемной среде.Fig. 25A is a sectional view of an exemplary configuration for attaching a bonding strip to a bulk medium.
Фиг. 25B представляет собой вид в разрезе другой примерной конфигурации для крепления соединительной полосы к объемной среде.Fig. 25B is a sectional view of another exemplary configuration for attaching a bonding strip to a bulk medium.
Фиг. 26A представляет собой вид в разрезе соединительной полосы с двусторонним адгезивным нижним слоем до установки на объемную среду; Фиг. 26B представляет собой вид в разрезе соединительной полосы по Фиг. 26A, установленной на объемную среду.Fig. 26A is a sectional view of a bonding strip with a double-sided adhesive backing prior to installation on a bulk medium; Fig. 26B is a sectional view of the connecting strip of FIG. 26A installed on a bulk medium.
Фиг. 27A-27F представляют собой виды в разрезе различных вариантов реализации встроенных соединительных полос.Fig. 27A-27F are sectional views of various embodiments of embedded connecting strips.
Фиг. 28 представляет собой схематические изображения варианта реализации соединителя соединительной полосы.Fig. 28 are schematic representations of an embodiment of a trunk connector.
Фиг. 29 представляет собой схематические изображения другого варианта реализации соединителя соединительной полосы.Fig. 29 is a schematic representation of another embodiment of a trunk connector.
Фиг. 30 представляет собой структурную схему первой примерной системы для нагрева объемной среды с использованием соединительных полос согласно вариантам реализации настоящего изобретения.Fig. 30 is a block diagram of a first exemplary bulk medium heating system using bonding strips according to embodiments of the present invention.
Фиг. 31 представляет собой структурную схему второй примерной системы для нагрева объемной среды с использованием соединительных полос согласно вариантам реализации настоящего изобретения.Fig. 31 is a block diagram of a second exemplary bulk medium heating system using bonding strips according to embodiments of the present invention.
Фиг. 32 представляет собой структурную схему третьей примерной системы для нагрева объемной среды с использованием соединительных полос согласно вариантам реализации настоящего изобретения.Fig. 32 is a block diagram of a third exemplary bulk medium heating system using bonding strips according to embodiments of the present invention.
Одинаковые элементы указаны на различных чертежах одинаковыми ссылочными позициями и обозначениями.The same elements are indicated throughout the various drawings by the same reference numerals and symbols.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION
В системе нагрева согласно настоящему изобретению используется переменный ток для увеличения эффективного электрического сопротивления проводящих материалов (например, алюминия, углепластиков) с целью облегчения их нагрева. В общем, тепло, вырабатываемое в проводящем материале, может использоваться для плавления льда, образовавшегося на поверхности проводящего материала. Кроме того, тепло может использоваться для поддержания повышенной температуры проводящих материалов с целью предотвращения осаждения паров на поверхности или предотвращения замерзания воды на поверхности, а также предотвращения скопления замерзающих осадков (например, снега, ледяной крупы, тумана, ледяного дождя) на поверхности. Например, тепло, вырабатываемое в проводящем материале, может распространяться (например, рассеиваться) по всему проводящему материалу. Кроме того, вырабатываемое тепло может вызывать конвекцию на границе раздела проводящего материала и какой-либо жидкости на поверхности, например, для нагрева жидкости и предотвращения ее замерзания.The heating system of the present invention uses alternating current to increase the effective electrical resistance of conductive materials (eg aluminum, carbon fiber reinforced plastics) to facilitate their heating. In general, the heat generated in the conductive material can be used to melt ice formed on the surface of the conductive material. In addition, heat can be used to maintain an elevated temperature of conductive materials to prevent vapor deposition on the surface or to prevent water from freezing on the surface, as well as to prevent the accumulation of freezing precipitation (for example, snow, ice pellets, fog, freezing rain) on the surface. For example, heat generated in a conductive material may be propagated (eg, dissipated) throughout the conductive material. In addition, the heat generated can cause convection at the interface between the conductive material and some liquid on the surface, for example, to heat the liquid and prevent it from freezing.
Для создания ряда электромагнитных эффектов, повышающих эффективное сопротивление проводящего материала, может использоваться переменный ток, что облегчает выработку тепла с использованием джоулева нагрева проводящего материала. К таким эффектам относятся поверхностный эффект, эффект близости, индукция, вихревые токи, гистерезисные потери и диэлектрические потери. Что касается поверхностного эффекта, если частота тока в проводнике установлена на достаточно высокое значение, большая часть тока будет проходить через глубину скин-слоя проводящего материала, которая значительно меньше геометрической толщины проводящего материала. Кроме того, для создания эффекта близости в проводящем материале может использоваться определенная геометрия устройства, которая будет дополнительно ограничивать ширину плотности тока и тем самым дополнительно увеличивать эффективное сопротивление вдоль пути тока в проводящем материале. Комбинация этих двух эффектов может использоваться для увеличения электрического сопротивления проводящего материала и, как результат, джоулева нагрева.Alternating current can be used to create a number of electromagnetic effects that increase the effective resistance of the conductive material, facilitating the generation of heat using Joule heating of the conductive material. These effects include skin effect, proximity effect, induction, eddy currents, hysteresis losses and dielectric losses. With regard to the skin effect, if the frequency of the current in the conductor is set to a sufficiently high value, most of the current will pass through the skin depth of the conductive material, which is much less than the geometric thickness of the conductive material. In addition, to create a proximity effect in the conductive material, a certain device geometry can be used which will further constrain the width of the current density and thereby further increase the effective resistance along the current path in the conductive material. The combination of these two effects can be used to increase the electrical resistance of a conductive material and, as a result, Joule heating.
Например, джоулев нагрев в общем связан с теплом, вырабатываемым при прохождении электрического тока через проводник. Тепло, вырабатываемое в определенном токопроводящем проводнике, пропорционально сопротивлению материала, умноженному на среднеквадратичное значение амплитуды тока, возведенное в квадрат:For example, Joule heating is generally related to the heat generated when an electric current passes through a conductor. The heat generated in a particular conductive conductor is proportional to the resistance of the material times the rms value of the current amplitude squared:
Тепло, выделяемое нагревательным элементом, как правило, увеличивается за счет увеличения тока, проходящего через проводник, и за счет обеспечения нагревательных элементов, имеющих относительно более высокое сопротивление. Однако в вариантах реализации настоящего изобретения осуществляется джоулев нагрев за счет эффективного использования определенных электромагнитных явлений (например, поверхностного эффекта и эффекта близости) для ограничения плотности локализованного тока в объемной среде. Это ограничение плотности тока приводит к увеличению эффективного сопротивления вдоль пути тока в объемной среде. Хотя конкретные эффекты могут различаться в разных материалах, имеющих разную геометрию, эффективное сопротивление для заданной длины вдоль пути тока через объемную среду в общем может быть представлено следующим образом:The heat generated by the heating element is generally increased by increasing the current through the conductor and by providing heating elements having a relatively higher resistance. However, embodiments of the present invention implement Joule heating by effectively using certain electromagnetic phenomena (eg, skin effect and proximity effect) to limit the localized current density in the bulk medium. This current density limitation results in an increase in the effective resistance along the current path in the bulk medium. Although specific effects may differ in different materials having different geometries, the effective resistance for a given length along the current path through the bulk medium can generally be represented as follows:
где ρ - удельное сопротивление материала, через который проходит ток, l - длина пути тока, и A eff - ограниченная площадь поперечного сечения плотности тока. В вариантах реализации настоящего изобретения используются электромагнитные явления для уменьшения A eff до площади, меньшей, чем поперечное сечение объемной среды вдоль пути тока, что повышает эффективное сопротивление объемной среды выше эффективного сопротивления объемной среды постоянному току.where ρ is the resistivity of the material through which the current passes, l is the length of the current path, and A eff is the limited cross-sectional area of the current density. Embodiments of the present invention use electromagnetic phenomena to reduce A eff to an area smaller than the cross section of the bulk medium along the current path, thereby increasing the effective bulk medium resistance above the effective DC resistance of the bulk medium.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения эти электромагнитные явления могут использоваться для увеличения длины пути тока через объемную среду. Например, как описано ниже со ссылкой на Фиг. 4D, технологии, описанные в настоящей заявке, могут использоваться для «направления» пути тока по непрямому маршруту (например, по серпантинному пути) между двумя электродами, прикрепленными к объемной среде. Непрямой маршрут может создавать путь тока, эффективная длина (l eff ) которого больше, чем по существу прямой путь, который обычно образуется при пропускании тока между двумя электродами при отсутствии таких электромагнитных эффектов, как, например, эффект близости. Таким образом, системы, описанные в настоящей заявке, могут увеличивать длину l пути тока до эффективной длины (l eff ), превышающей прямой путь, по которому проходит ток при отсутствии различных систем и компоновок проводников, описанных в настоящей заявке. Соответственно, такие варианты реализации могут увеличивать эффективное сопротивление (R eff ) как путем ограничения эффективной площади (A eff ) поперечного сечения тока, проходящего через объемную среду, так и путем увеличения эффективной длины (l eff ), которую проходит ток через объемную среду, что дополнительно повышает эффективное сопротивление объемной среды выше эффективного сопротивления объемной среды постоянному току. В таких вариантах реализации эффективное сопротивление может быть в общем представлено следующим образом:In some embodiments of the present invention, these electromagnetic phenomena can be used to increase the length of the current path through the bulk medium. For example, as described below with reference to FIG. 4D, the techniques described herein can be used to "guide" a current path along an indirect route (eg, a serpentine path) between two electrodes attached to a bulk medium. An indirect path may create a current path whose effective length ( l eff ) is longer than the substantially direct path that would normally result from passing current between two electrodes in the absence of electromagnetic effects such as proximity effects. Thus, the systems described in this application can increase the length l of the current path to an effective length ( l eff ) greater than the direct path that the current passes in the absence of various systems and conductor arrangements described in this application. Accordingly, such embodiments can increase the effective resistance ( R eff ) both by limiting the effective cross-sectional area ( A eff ) of the current passing through the bulk medium and by increasing the effective length ( l eff ) that the current passes through the bulk medium, which further increases the effective resistance of the bulk medium above the effective resistance of the bulk medium to direct current. In such implementations, the effective resistance can be generally represented as follows:
За счет использования таких технологий варианты реализации настоящего изобретения могут обеспечивать высокое локализованное сопротивление в проводящих объемных материалах (например, в алюминии, меди, стали и их сплавах).Through the use of such techniques, embodiments of the present invention can provide high localized resistance in conductive bulk materials (eg, aluminum, copper, steel, and their alloys).
Поверхностный эффект в контексте настоящей заявки в общем относится к тенденции переменного электрического тока к неравномерному распределению в проводнике таким образом, что плотность тока больше вблизи поверхности проводника и уменьшается по мере увеличения расстояния до поверхности проводника. Интенсивность поверхностного эффекта увеличивается с увеличением частоты тока и проводимости материала, по которому проходит ток. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения поверхностный эффект может регулироваться так, чтобы электрический ток протекал по большей части по внешней поверхности проводника (например, «в глубине скин-слоя») при более высоких частотах переменного тока.Skin effect in the context of the present application generally refers to the tendency of an alternating current to be unevenly distributed in a conductor such that the current density is greater near the surface of the conductor and decreases as the distance from the surface of the conductor increases. The intensity of the skin effect increases with increasing frequency of the current and the conductivity of the material through which the current passes. In some embodiments of the present invention, the skin effect can be controlled so that the electrical current flows mostly on the outer surface of the conductor (eg, "deep skin") at higher AC frequencies.
В общем поверхностный эффект в проводнике может быть представлен следующей формулой:In general, the skin effect in a conductor can be represented by the following formula:
где J - плотность тока, J s - поверхностная плотность тока, d - глубина точки, в которой рассчитывается плотность тока, δ - глубина скин-слоя, ρ - удельное сопротивление проводника, ω - угловая частота тока, μ - магнитная проницаемость проводника, ε - диэлектрическая проницаемость проводника. В случае цилиндрического проводника, имеющего радиус R основания, плотность тока может быть дополнительно получена следующим образом:where J is the current density, J s is the surface current density, d is the depth of the point at which the current density is calculated, δ is the skin depth, ρ is the resistivity of the conductor, ω is the angular frequency of the current, μ is the magnetic permeability of the conductor, ε - dielectric constant of the conductor. In the case of a cylindrical conductor having a base radius R, the current density can be further obtained as follows:
где J 0 - функция Бесселя первого рода нулевого порядка.where J 0 is the zero-order Bessel function of the first kind.
В случае прямоугольной бесконечно длинной и широкой пластины, по которой проходит поверхностный ток, поверхностный эффект может быть представлен следующей формулой:In the case of a rectangular infinitely long and wide plate, through which the surface current passes, the surface effect can be represented by the following formula:
где J s - вынужденная составляющая поверхностного тока, σ - проводимость пластины, e - толщина пластины, и sh - функция гиперболического синуса. Например, на графике, показанном на Фиг. 3, который будет более подробно рассмотрен ниже, показан пример ограничения плотности тока в глубине материала (например, в глубине скин-слоя) в цилиндрическом проводнике, вызванного поверхностным эффектом. Как описано выше, такое ограничение эффективного поперечного сечения увеличивает эффективное сопротивление проводника.where J s is the forced component of the surface current, σ is the plate conductivity, e is the plate thickness, and sh is the hyperbolic sine function. For example, in the graph shown in Fig. 3, which will be discussed in more detail below, shows an example of limiting the current density deep in the material (eg, deep in the skin layer) in a cylindrical conductor caused by a skin effect. As described above, such limitation of the effective cross section increases the effective resistance of the conductor.
Например, на графике, показанном на Фиг. 3, который будет более подробно рассмотрен ниже, показан пример ограничения плотности тока в глубине материала (например, в глубине скин-слоя), вызванного поверхностным эффектом.For example, in the graph shown in Fig. 3, which will be discussed in more detail below, shows an example of current density limitation in the depth of the material (eg, in the depth of the skin layer) caused by the skin effect.
Эффект близости в контексте настоящей заявки в общем относится к влиянию переменного тока, текущего в первом пути тока (например, в проводнике), на плотность переменного тока, текущего во втором расположенном вблизи пути тока. Например, как показано на Фиг. 5A-5B и более подробно описано ниже, переменный ток в первом пути тока вызывает «сужение» или ограничение плотности переменного тока во втором пути тока вокруг первого пути тока. В вариантах реализации настоящего изобретения, например, плотность тока, проходящего через объемную среду, «притягивается» к другому проводнику, по которому проходит переменный ток, при размещении проводника вблизи тока, проходящего через объемную среду. Степень и направление ограничения плотности тока (например, концентрации), вызванного эффектом близости, зависят от нескольких переменных, включая, например, расстояние между двумя или более путями переменного тока, направление прохождения тока по отдельным путям тока относительно друг друга, частоту переменного тока в путях тока и величину отдельного тока в путях тока.Proximity effect, in the context of the present application, generally refers to the effect of an alternating current flowing in a first current path (eg, in a conductor) on the density of an alternating current flowing in a second, nearby current path. For example, as shown in FIG. 5A-5B and described in more detail below, alternating current in the first current path causes a "narrowing" or limitation in the density of the alternating current in the second current path around the first current path. In embodiments of the present invention, for example, the density of a current passing through a bulk medium is "attracted" to another conductor carrying an alternating current when the conductor is placed near the current passing through the bulk medium. The degree and direction of current density limitation (e.g., concentration) caused by the proximity effect depends on several variables, including, for example, the distance between two or more AC paths, the direction of current flow in the individual current paths relative to each other, the frequency of the AC in the paths current and the magnitude of the individual current in the current paths.
Для лучшего понимания система нагрева согласно настоящему изобретению будет описана со ссылкой на систему устранения обледенения и предотвращения обледенения для внешней поверхности самолета в качестве примерного контекста. Однако система нагрева согласно настоящему изобретению может использоваться в другом контексте, включая без ограничения нагрев поверхностей других летательных аппаратов, беспилотников, ветровых турбин, установок, участвующих в криогенных операциях, тепловых насосов, автомобилей, радиовышек, железнодорожных путей, пилотируемых или беспилотных военных транспортных средств, крыш или нагрев других проводящих поверхностей, на которых желательно контролировать образование льда и воды. Система нагрева может использоваться для устранения обледенения или предотвращения обледенения. В некоторых вариантах реализации система нагрева может использоваться для нагрева менее проводящих материалов, например, путем нанесения проводящего слоя поверх непроводящего материала или внутри него. Такие реализации могут использоваться для нагрева поверхностей дорог (например, проезжей части), строительных материалов, крыш, перекрытий или других материалов с низкой проводимостью или непроводящих материалов.For a better understanding, the heating system according to the present invention will be described with reference to the de-icing and de-icing system for the outer surface of an aircraft as an exemplary context. However, the heating system of the present invention may be used in other contexts, including, but not limited to, surface heating of other aircraft, drones, wind turbines, plants involved in cryogenic operations, heat pumps, automobiles, radio towers, railroad tracks, manned or unmanned military vehicles, rooftops or heating of other conductive surfaces where it is desirable to control the formation of ice and water. The heating system can be used for de-icing or de-icing. In some embodiments, the heating system may be used to heat less conductive materials, such as by applying a conductive layer over or within a non-conductive material. Such implementations may be used to heat road surfaces (eg, roadways), building materials, roofs, floors, or other low conductive or non-conductive materials.
Устранение обледенения в контексте настоящей заявки в общем относится к удалению снега, льда или инея (в совокупности называемых «льдом») с поверхности. В некоторых вариантах реализации система нагрева может растапливать только часть льда, имеющегося на проводящей поверхности. Затем лед может быть удален с поверхности (например, за счет сползания с поверхности после начала процесса плавления и разрыва связей между льдом и поверхностью).De-icing in the context of this application generally refers to the removal of snow, ice or frost (collectively referred to as "ice") from a surface. In some embodiments, the heating system may only melt a portion of the ice present on the conductive surface. The ice can then be removed from the surface (eg, by sliding off the surface after the melting process has begun and breaking bonds between the ice and the surface).
Предотвращение обледенения в контексте настоящей заявки в общем относится к предотвращению образования или налипания снега, льда или инея (в совокупности называемых «льдом») на поверхности. В некоторых вариантах реализации система нагрева поддерживает достаточно высокую температуру поверхности для предотвращения образования льда на поверхности и для предотвращения налипания или нарастания льда (например, из-за замерзающих осадков, таких как снег, иней, ледяная крупа, замерзающий дождь и т.д.).Prevention of icing in the context of this application generally refers to the prevention of the formation or accumulation of snow, ice or frost (collectively referred to as "ice") on a surface. In some embodiments, the heating system maintains a surface temperature high enough to prevent ice from forming on the surface and to prevent ice buildup or buildup (e.g., due to freezing precipitation such as snow, frost, ice pellets, freezing rain, etc.) .
На Фиг. 1 показана структурная схема примерной системы 100 нагрева для нагрева объемной среды. Система 100 нагрева включает в себя систему 104 управления питанием, подключенную к электродам 116 и 118. Электроды 116 и 118 подключены к целевой области объемной среды 102 (например, к части крыла летательного аппарата). Система 104 управления питанием вырабатывает переменный ток (например, с частотой 1 кГц или выше) в замкнутой цепи по проводу (или пути, или кабелю) 106, через объемную среду 102 и, наконец, по проводу (или обратному пути) 108. Направление 112 тока по проводам показано пунктирной стрелкой.On FIG. 1 shows a block diagram of an exemplary heating system 100 for heating a bulk medium. Heating system 100 includes a power management system 104 coupled to electrodes 116 and 118. Electrodes 116 and 118 are coupled to a target region of bulk medium 102 (eg, a portion of an aircraft wing). The power management system 104 provides alternating current (for example, at a frequency of 1 kHz or higher) in a closed circuit through the wire (or path or cable) 106, through the bulk medium 102, and finally through the wire (or return path) 108. Direction 112 current through the wires is shown by a dotted arrow.
В некоторых вариантах реализации система 100 нагрева может включать в себя, без ограничения, систему 104 управления питанием, электроды 116 и 118 и специальные кабели (например, провода 108 и 106). В некоторых вариантах реализации система нагрева выполнена с возможностью подключения к электродам 116 и 118. В некоторых вариантах реализации система нагрева выполнена с возможностью подключения к специальным кабелям (например, 108 или 116). В некоторых вариантах реализации система 104 управления питанием может включать в себя, без ограничения, блок выработки сигнала, источник питания, блок преобразования сигнала, схему регулировки импеданса, блок управления и датчики, конкретные конфигурации которых более подробно описаны ниже. Как подробно описано ниже, в некоторых вариантах реализации схема регулировки импеданса представляет собой схему согласования импеданса.In some embodiments, heating system 100 may include, without limitation, power management system 104, electrodes 116 and 118, and special cables (eg, wires 108 and 106). In some embodiments, the heating system is configured to connect to electrodes 116 and 118. In some embodiments, the heating system is configured to connect to special cables (eg, 108 or 116). In some embodiments, power management system 104 may include, but is not limited to, a signal generation unit, a power supply, a signal conditioning unit, an impedance adjustment circuit, a control unit, and sensors, specific configurations of which are described in more detail below. As detailed below, in some embodiments, the impedance adjustment circuit is an impedance matching circuit.
В некоторых вариантах реализации электроды 116 и 118 представляют собой контактные электроды. Например, электроды 116 и 118 физически соединены с объемной средой 102 для подачи электрического тока от системы 104 управления питанием на объемную среду. В некоторых вариантах реализации электроды 116 и 118 могут быть подключены к объемной среде 102, но при этом электрически изолированы от объемной среды 102. Например, в таких вариантах реализации электроды 116 и 118 могут представлять собой ввод и вывод катушки индуктивности, расположенной вблизи объемной среды 102 для индуцирования тока в объемной среде 102 за счет магнитного поля.In some embodiments, electrodes 116 and 118 are contact electrodes. For example, the electrodes 116 and 118 are physically connected to the bulk fluid 102 to supply electrical current from the power control system 104 to the bulk fluid. In some embodiments, electrodes 116 and 118 may be connected to bulk medium 102 while being electrically isolated from bulk medium 102. For example, in such embodiments, electrodes 116 and 118 may be the input and output of an inductor located near bulk medium 102 for inducing current in the bulk medium 102 due to the magnetic field.
Система 104 управления питанием может подавать ток с достаточно высокой частотой (например, выше 1 кГц) для ограничения протекания тока в направлении z между электродами 116 и 118 путем регулировки поверхностного эффекта, результатом которой является более высокое сопротивление объемной среды 102. Например, система 104 управления питанием может обеспечивать переменный ток с частотой от 1 кГц до 300 ГГц. В некоторых вариантах реализации частота тока составляет от 10 кГц до 30 ГГц. В некоторых вариантах реализации частота тока составляет от 100 кГц до 450 МГц. В некоторых вариантах реализации частота тока находится в диапазоне от 1 МГц до 50 МГц, от 100 МГц до 150 МГц, от 200 МГц до 300 МГц, от 400 МГц до 500 МГц или от 800 МГц до 1 ГГц.The power control system 104 can supply a current at a high enough frequency (eg, above 1 kHz) to limit the flow of current in the z direction between the electrodes 116 and 118 by adjusting the skin effect, which results in a higher resistance of the bulk medium 102. For example, the control system 104 power can provide alternating current with a frequency of 1 kHz to 300 GHz. In some embodiments, the current frequency is between 10 kHz and 30 GHz. In some embodiments, the current frequency is between 100 kHz and 450 MHz. In some embodiments, the current frequency is in the range of 1 MHz to 50 MHz, 100 MHz to 150 MHz, 200 MHz to 300 MHz, 400 MHz to 500 MHz, or 800 MHz to 1 GHz.
В некоторых вариантах реализации обратный путь 108 расположен в непосредственной близости от поверхности объемной среды 102. Близость обратного пути 108 к поверхности объемной среды может использоваться для регулировки эффекта близости тока, протекающего между электродами 116 и 118 и, следовательно, дополнительного ограничения тока и увеличения нагрева объемной среды. Для использования эффекта близости с целью формирования тока, протекающего между электродами 116 и 118, необязательно использовать обратный путь 108 тока от самой цепи системы нагрева. В некоторых вариантах реализации в непосредственной близости (например, на расстоянии 120a) от объемной среды 102 может быть расположен другой путь 122 тока (например, от другой цепи). Например, когда расстояние 120 или 120a от пути 108 или 122 тока до объемной среды 102 достаточно мало, эффект близости может использоваться для дополнительного ограничения прохождения тока через объемную среду.In some embodiments, the return path 108 is located in close proximity to the surface of the bulk medium 102. The proximity of the return path 108 to the surface of the bulk medium can be used to control the proximity effect of current flowing between electrodes 116 and 118 and therefore further limiting current and increasing heating of the bulk medium. environment. In order to use the proximity effect to generate current flowing between electrodes 116 and 118, it is not necessary to use the current return path 108 from the heating system circuit itself. In some embodiments, another current path 122 (eg, from another circuit) may be located in close proximity (eg, at distance 120a) to bulk medium 102. For example, when the distance 120 or 120a from the current path 108 or 122 to the bulk medium 102 is small enough, the proximity effect can be used to further limit the passage of current through the bulk medium.
Например, для создания эффекта близости расстояние 120 (или 120a) между объемной средой и путем 108 (или 122) может составлять менее 1 м, или менее 50 см, или менее 10 см. Если имеется возможность обеспечения меньших расстояний с учетом конструктивных ограничений (например, если в случае крыла самолета в качестве объемной среды нервюра или лонжерон самолета не находятся на обратном пути 108/122), расстояние 120 (или 120a) может составлять менее 25 см или менее 10 см.For example, to create a proximity effect, the distance 120 (or 120a) between the bulk medium and the path 108 (or 122) may be less than 1 m, or less than 50 cm, or less than 10 cm. if, in the case of an aircraft wing as a volumetric medium, the rib or spar of the aircraft is not on the return path 108/122), the distance 120 (or 120a) may be less than 25 cm or less than 10 cm.
Объемная среда 102 может включать в себя такие материалы, как, без ограничения алюминий, металлические сплавы, углепластики, медь, серебро, титан или сталь. Например, объемная среда может представлять собой любую часть планера летательного аппарата (например, внешнюю оболочку или поверхность самолета, также известную как «обшивка» самолета), такую как фюзеляж, крылья, шасси, хвостовое оперение и т.д.Bulk media 102 may include materials such as, but not limited to, aluminum, metal alloys, carbon fiber, copper, silver, titanium, or steel. For example, the volumetric environment can be any part of an aircraft airframe (eg, the outer skin or surface of an aircraft, also known as the "skin" of an aircraft), such as the fuselage, wings, landing gear, tail, etc.
Электроды (116 и 118) могут включать в себя такие материалы, как, без ограничения, алюминий, серебро, медь, их сплавы или другие проводящие материалы. В некоторых вариантах реализации материал электродов имеет по меньшей мере такую же электропроводность, как объемная среда 102. В некоторых вариантах реализации электроды 116 и 118 могут быть расположены в матрицах электродов. Электроды могут быть подключены к объемной среде различными способами, например, к верхней или нижней поверхности среды, или могут быть встроены в среду.The electrodes (116 and 118) may include materials such as, without limitation, aluminum, silver, copper, their alloys, or other conductive materials. In some embodiments, the electrode material has at least the same electrical conductivity as bulk medium 102. In some embodiments, electrodes 116 and 118 may be located in electrode arrays. The electrodes may be connected to the bulk medium in various ways, such as to the top or bottom surface of the medium, or may be embedded in the medium.
Система 100 нагрева выполнена с возможностью обеспечения эффективного сопротивления в объемной среде 102 путем формирования плотности тока через среду. Другими словами, в случае самолета существующий планер самолета будет использоваться как часть электрической цепи системы нагрева. Система 100 нагрева формирует плотность тока путем регулировки поверхностного эффекта, эффекта близости или их комбинации для увеличения эффективного сопротивления объемной среды 102 вдоль пути тока между электродами 116 и 118. В некоторых случаях эффект близости также используется для направления пути тока, например, как показано на Фиг. 4D, для нагрева необходимых участков объемной среды. Участок объемной среды, который должен быть нагрет, может называться «целевым местом нагрева» или «целевым местом».Heating system 100 is configured to provide effective resistance in bulk medium 102 by generating a current density through the medium. In other words, in the case of an aircraft, the existing airframe of the aircraft will be used as part of the electrical circuit of the heating system. The heating system 100 generates current density by adjusting the skin effect, the proximity effect, or a combination of both to increase the effective resistance of the bulk medium 102 along the current path between the electrodes 116 and 118. In some cases, the proximity effect is also used to guide the current path, for example, as shown in FIG. . 4D, for heating the necessary sections of the bulk medium. The area of the bulk medium to be heated may be referred to as a "target heating site" or "target site".
В некоторых вариантах реализации переменный ток с частотой 1 кГц или выше может пропускаться непосредственно через планер самолета. В результате на участке планера вблизи поверхности, через которую проходит ток, будет происходить джоулев нагрев. Кроме того, тепло, вырабатываемое при прохождении тока, за счет теплопроводности будет распространяться по всей объемной среде 102.In some embodiments, an alternating current with a frequency of 1 kHz or higher may be passed directly through the airframe of the aircraft. As a result, Joule heating will occur in the area of the airframe near the surface through which the current passes. In addition, the heat generated by the passage of current, due to thermal conduction, will be distributed throughout the volumetric medium 102.
Со ссылкой на Фиг. 2A-2B, система 100 нагрева формирует плотность тока через среднюю целевую область 102 путем использования поверхностного эффекта. Как и на Фиг. 1, переменный ток (в направлении 212) подается посредством электродов 116 и 118 через целевую область объемной среды 102. Фиг. 2A представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее профиль (например, вид сбоку) плотности 202 тока через целевую область объемной среды 102 без поверхностного эффекта (например, с частотой тока менее 1 кГц). Ток течет в направлении y (212), при этом большая часть тока протекает в объеме среды 102, обозначенном стрелками. Например, ток имеет глубину 206 около 2 мм, например, почти по всей толщине объемной среды. Таким образом, на Фиг. 2A показана работа системы 100 с незначительным формированием плотности тока за счет поверхностного эффекта или без такого формирования.With reference to FIG. 2A-2B, the heating system 100 generates a current density through the middle target area 102 by using a skin effect. As in Fig. 1, alternating current (in direction 212) is applied by electrodes 116 and 118 through the target area of bulk medium 102. FIG. 2A is a schematic diagram illustrating a profile (eg, side view) of current density 202 through a target region of bulk medium 102 without skin effect (eg, with a current frequency of less than 1 kHz). The current flows in the y direction (212), with most of the current flowing in the medium volume 102 indicated by the arrows. For example, the current has a depth 206 of about 2 mm, for example, over almost the entire thickness of the bulk medium. Thus, in FIG. 2A shows the operation of system 100 with little or no current density shaping due to skin effect.
Фиг. 2B представляет собой схематическое изображение профиля плотности 202 тока, полученного в результате подачи переменного тока более высокой частоты (например, выше 1 кГц) посредством электродов. На Фиг. 2B показана работа системы 100 при формировании плотности тока за счет поверхностного эффекта. Например, за счет поверхностного эффекта, создаваемого при работе системы 100 нагрева с высокой частотой, глубина плотности 202 тока, протекающего через объемную среду 102, ограничивается в направлении z до узкой области вблизи поверхности объемной среды 102. Кроме того, эффективное сопротивление объемной среды 102 в области протекания тока значительно увеличивается, так что в этой области может осуществляться джоулев нагрев без перегрева остальной части цепи (например, проводов, источника питания, инвертора, схемы регулировки, электродов). Эффективное сопротивление объемной среды переменному току в целевой области может быть больше, чем сопротивление объемной среды постоянному току. Например, эффективное сопротивление может быть на два или более порядков выше, чем сопротивление объемной среды постоянному току.Fig. 2B is a schematic representation of the current density profile 202 resulting from the application of alternating current of higher frequency (eg, above 1 kHz) through the electrodes. On FIG. 2B shows the operation of the system 100 while shaping the current density due to the skin effect. For example, due to the skin effect created by operating the high frequency heating system 100, the depth of the current density 202 flowing through the bulk medium 102 is limited in the z direction to a narrow region near the surface of the bulk medium 102. In addition, the effective resistance of the bulk medium 102 in the area of current flow is greatly increased so that Joule heating can occur in this area without overheating the rest of the circuit (eg wires, power supply, inverter, control circuit, electrodes). The effective resistance of the bulk medium to AC in the target area may be greater than the resistance of the bulk medium to direct current. For example, the effective resistance may be two or more orders of magnitude higher than the direct current resistance of the bulk medium.
Фиг. 3 представляет собой график, иллюстрирующий концентрацию плотности тока (ось y, приведенная к 1) в глубине материала (ось х, приведенная к 1) в зависимости от подаваемого переменного тока за счет поверхностного эффекта. Плотность тока экспоненциально снижается по толщине (направление z) среды. При увеличении частоты от 1 кГц до 10 МГц плотность тока становится более концентрированной вблизи поверхности объемной среды. Таким образом, чем выше частота, тем более выражено снижение. Другими словами, поверхностный эффект ограничивает плотность тока, вызывая прохождение тока через тонкий слой вблизи поверхности объемной среды. Следовательно, в этом слое будет происходить джоулев нагрев.Fig. 3 is a graph illustrating the concentration of current density (y-axis, scaled to 1) in the depth of the material (x-axis, scaled to 1) as a function of applied alternating current due to the skin effect. The current density decreases exponentially along the thickness (z-direction) of the medium. As the frequency increases from 1 kHz to 10 MHz, the current density becomes more concentrated near the surface of the bulk medium. Thus, the higher the frequency, the more pronounced the decrease. In other words, the skin effect limits the current density, causing current to flow through a thin layer near the surface of the bulk medium. Therefore, Joule heating will occur in this layer.
Фиг. 4A представляет собой схематический вид сбоку системы 400 для использования эффекта близости с целью дополнительного ограничения плотности тока. Как и на Фиг. 1, электроды 116 и 118 прикреплены к объемной среде 102 (например, к целевой области планера) и пропускают сигнал переменного тока (например, с частотой выше 1 кГц) для создания плотности 410 (или пути) тока с направлением 412 через среду. Обратный путь 108 расположен на расстоянии 120 от пути 410 (или плотности) тока в среде и имеет направление 112, отличное от направления 412. В некоторых вариантах реализации обратный путь 108 электрически изолирован от объемной среды 102. Например, обратный путь 108 может представлять собой провод или кабель, расположенный на расстоянии 120 от объемной среды 102. Обратный путь 108 может представлять собой провод или кабель, замыкающий цепь системы 400.Fig. 4A is a schematic side view of a system 400 for using the proximity effect to further limit current density. As in Fig. 1, electrodes 116 and 118 are attached to the bulk medium 102 (eg, the target area of the airframe) and pass an AC signal (eg, at a frequency greater than 1 kHz) to create a current density (or path) 410 directed 412 through the medium. The return path 108 is located at a distance 120 from the current path (or density) 410 in the medium and has a direction 112 different from the direction 412. In some implementations, the return path 108 is electrically isolated from the bulk medium 102. For example, the return path 108 may be a wire or a cable located at a distance of 120 from the bulk medium 102. The return path 108 may be a wire or cable that completes the circuit of the system 400.
Если обратный путь 108 расположен достаточно близко к пути 410 тока (например, на расстоянии менее 50 см), переменный ток в обратном пути 108 ограничивает ток в пути 410 тока в направлении поперек пути протекания тока в пути 410 тока. Другими словами, размещение обратного пути 108 достаточно близко к пути 410 тока приводит к ограничению площади поперечного сечения тока в пути 410 тока. Например, со ссылкой на Фиг. 4A-4C ток ограничивается в двух направлениях (например, в направлении х и направлении z, как показано) между электродами 116 и 118. Например, как показано на Фиг. 4D, эффект близости ограничивает плотность 410 тока либо в направлении x, либо в направлении y в зависимости от направления протекания тока. Например, если ток течет в направлении х, эффект близости ограничивает ток в направлении y. Например, эффект близости преимущественно ограничивает ток поперек направления протекания тока, тогда как поверхностный эффект преимущественно ограничивает плотность тока в глубине объемной среды (например, в направлении z, как показано на Фиг. 2A и 2B). В некоторых случаях эффект близости также может дополнять сужение плотности тока в глубине (например, в направлении z) объемной среды 102, например, за счет усиления поверхностного эффекта в вариантах реализации, в которых используется как поверхностный эффект, так и эффект близости. В некоторых вариантах реализации эффект близости также может использоваться для задания направления протекания тока через объемную среду (например, маршрута, по которому проходит ток через объемную среду 102).If the return path 108 is close enough to the current path 410 (eg, less than 50 cm), the alternating current in the return path 108 limits the current in the current path 410 in a direction transverse to the current flow path in the current path 410. In other words, placing the return path 108 close enough to the current path 410 results in a limitation of the current cross-sectional area in the current path 410. For example, with reference to FIG. 4A-4C, current is limited in two directions (eg, in the x direction and z direction as shown) between electrodes 116 and 118. For example, as shown in FIG. 4D, the proximity effect limits the current density 410 to either the x direction or the y direction depending on the direction of current flow. For example, if current flows in the x direction, the proximity effect limits the current in the y direction. For example, the proximity effect preferentially limits the current across the direction of current flow, while the skin effect preferentially limits the current density deep in the bulk medium (eg, in the z direction, as shown in FIGS. 2A and 2B). In some cases, the proximity effect may also complement the narrowing of the current density in depth (eg, in the z direction) of the bulk medium 102, for example, by enhancing the skin effect in implementations that use both the skin effect and the proximity effect. In some embodiments, the proximity effect may also be used to specify the direction of current flow through the bulk medium (eg, the path that current takes through bulk medium 102).
Фиг. 4B-C представляют собой примерные схематические изображения системы 400 на виде сверху. Электроды 116 и 118 прикреплены к целевой области объемной среды 102 и пропускают сигнал переменного тока (например, с частотой выше 1 кГц) для создания плотности 410 (или пути) тока с направлением 412 через среду. Обратный путь 108 расположен в другой плоскости x-y (пунктирная линия), отличной от плоскости пути 410 (или плотности) тока в объемной среде 102. В некоторых вариантах реализации протекание тока в обратном пути 108 осуществляется в направлении 112, отличном от направления 412 протекания тока в пути 410 тока через объемную среду 102. Например, в некоторых вариантах реализации направление 112 протекания тока в обратном пути 108 противоположно направлению 412 протекания тока в пути 410 тока. Если расстояние 120 от обратного пути 108 до пути 412 тока достаточно мало (например, составляет менее 50 см), ток, протекающий между электродами 116 и 118 в объемной среде 102, будет концентрироваться вблизи провода обратного пути (например, сужаться в направлении y и направлении z) за счет эффекта близости, как показано на Фиг. 4C. Чем больше расстояние от обратного пути 108 до объемной среды 102, тем меньше ограничивается путь 412 тока в объемной среде 102, как показано на Фиг. 4B.Fig. 4B-C are exemplary plan view diagrams of system 400. Electrodes 116 and 118 are attached to a target region of bulk medium 102 and pass an AC signal (eg, at a frequency greater than 1 kHz) to create a current density (or path) 410 directed 412 through the medium. The return path 108 is located in a different x-y plane (dashed line) than the plane of the current path 410 (or density) in the bulk medium 102. current path 410 through bulk medium 102. For example, in some embodiments, the direction 112 of current flow in return path 108 is opposite to the direction 412 of current flow in current path 410. If distance 120 from return path 108 to current path 412 is small enough (eg, less than 50 cm), current flowing between electrodes 116 and 118 in bulk medium 102 will be concentrated near the return path wire (eg, narrow in the y direction and in the direction z) due to the proximity effect, as shown in FIG. 4C. The greater the distance from the return path 108 to the bulk medium 102, the less the current path 412 in the bulk medium 102 is restricted, as shown in FIG. 4b.
Фиг. 4D представляет собой примерное схематическое изображение другого варианта реализации системы 450 на виде сверху. Как и в предыдущей системе 100, электроды 116 и 118 прикреплены к целевой области объемной среды 102. Обратный путь 108 расположен вблизи объемной среды 102 и в плоскости x-y, отличной от плоскости пути 410 тока в объемной среде 102. Показанный вариант реализации демонстрирует, как можно использовать обратный путь 108 (или другой отдельный путь тока) для формирования пути прохождения тока 410 через объемную среду 102. Например, при размещении второго пути тока (например, токопроводящего провода или кабеля, такого как обратный путь 108) вблизи объемной среды 102 эффект близости может использоваться как для ограничения ширины плотности тока поперек направления протекания тока, так и для формирования пути 410 тока в объемной среде 102. На Фиг 4D также показано, что эффект близости ограничивает плотность тока вдоль пути 410 тока поперек направления протекания тока. Например, на Фиг. 4D плотность тока вдоль пути 410 тока ограничена в направлении, по существу перпендикулярном направлению протекания тока в каждом сегменте пути 410, и путь 410 тока в объемной среде 102 соответствует форме обратного пути 108. В частности, на участке A пути 410 тока ток направляется так, чтобы он протекал в направлении х, а плотность тока ограничивается в направлении y и направлении z. На участке B пути 410 тока ток направляется так, чтобы он протекал в направлении y, а плотность тока ограничивается в направлении x и направлении z.Fig. 4D is an exemplary top view diagram of another embodiment of system 450. As in the previous system 100, the electrodes 116 and 118 are attached to the target area of the bulk medium 102. The return path 108 is located near the bulk medium 102 and in an x-y plane different from the plane of the current path 410 in the bulk medium 102. The embodiment shown demonstrates how you can use return path 108 (or another separate current path) to form current path 410 through bulk medium 102. For example, by placing a second current path (eg, a conductive wire or cable, such as return path 108) near volume medium 102, a proximity effect may be used both to limit the width of the current density across the current flow direction and to form the current path 410 in the bulk medium 102. FIG. 4D also shows that the proximity effect limits the current density along the current path 410 across the current flow direction. For example, in FIG. 4D, the current density along current path 410 is limited in a direction substantially perpendicular to the direction of current flow in each segment of path 410, and current path 410 in bulk medium 102 follows the shape of return path 108. In particular, in section A of current path 410, current is directed such that so that it flows in the x direction and the current density is limited in the y direction and the z direction. In section B of the current path 410, the current is directed to flow in the y direction and the current density is limited in the x direction and the z direction.
Возможность придания пути тока более сложной геометрии за счет эффекта близости, как показано на Фиг. 4D, может иметь ряд преимуществ. Во-первых, такая геометрия пути может использоваться для увеличения эффективной длины l пути тока. Как описано выше, увеличение длины пути приводит к увеличению сопротивления и, следовательно, увеличению джоулева нагрева. Во-вторых, геометрия пути тока может быть выполнена с возможностью направления тока к стратегически важным местам для их нагрева. В-третьих, геометрия пути тока может использоваться для создания областей повышенного нагрева (например, горячих точек) на острых углах пути тока.The ability to give the current path a more complex geometry due to the proximity effect, as shown in FIG. 4D can have a number of advantages. First, such a path geometry can be used to increase the effective length l of the current path. As described above, an increase in path length leads to an increase in resistance and hence an increase in Joule heating. Secondly, the geometry of the current path can be configured to direct current to strategic locations to heat them up. Third, current path geometry can be used to create hot spots (eg, hot spots) at sharp corners of the current path.
За счет комбинации эффекта близости и поверхностного эффекта эффективное сопротивление объемной среды переменному току в целевой области может быть больше, чем сопротивление объемной среды постоянному току. Например, эффективное сопротивление может быть на два или более порядков выше, чем сопротивление объемной среды постоянному току.Due to the combination of the proximity effect and the skin effect, the effective resistance of the bulk medium to AC in the target area can be greater than the resistance of the bulk medium to DC. For example, the effective resistance may be two or more orders of magnitude higher than the direct current resistance of the bulk medium.
На Фиг. 5A-B показаны результаты графического моделирования, иллюстрирующие повышенную концентрацию плотности тока в целевой области объемного проводника 102 вблизи второго проводника/пути 108 в зависимости от расстояния 120 между проводниками за счет эффекта близости. Ток в объемном проводнике и втором пути достаточен для создания эффекта близости (например, частота выше 1 кГц или 10 МГц) при уменьшении расстояния 120. Например, когда расстояние 120 составляет 20 см, плотность 410 тока остается приблизительно одинаковой в плоскости x-y, как показано на Фиг. 5A. При уменьшении расстояния 120 до 2 см, как показано на Фиг. 5B, эффект близости вызывает «концентрацию» или «ограничение» тока 410 вокруг обратного пути 108 в плоскости x-z. Это реализуется за счет того, что большая часть тока 410 концентрируется на узкой полосе вдоль объемного проводника и повторяет путь второго проводника (108) (например, обратного пути или других токопроводящих проводов). Другими словами, ток 410 следует по пути наименьшей индуктивности, а не распределяется по объемной среде равномерно.On FIG. 5A-B are graphical simulation results illustrating increased current density concentration in a target region of bulk conductor 102 near second conductor/path 108 as a function of distance 120 between conductors due to the proximity effect. The current in the bulk conductor and the second path is sufficient to create a proximity effect (for example, a frequency above 1 kHz or 10 MHz) as the distance 120 decreases. For example, when the distance 120 is 20 cm, the current density 410 remains approximately the same in the x-y plane, as shown in Fig. 5A. By reducing the distance of 120 to 2 cm, as shown in Fig. 5B, the proximity effect causes current 410 to "concentrate" or "limit" around return path 108 in the x-z plane. This is accomplished by having most of the current 410 concentrated in a narrow band along the bulk conductor and following the path of the second conductor (108) (eg, return path or other conductive wires). In other words, current 410 follows the path of least inductance rather than being distributed evenly throughout the bulk medium.
В некоторых вариантах реализации для создания эффекта близости используется провод, отличный от обратного пути 108, показанный как путь 122 на Фиг. 1. В этом случае колебания тока в этом проводе могут находиться под управлением той же системы (например, системы 104 управления питанием), что и пути 106 и 108, или нет. В этом случае эффект близости провода 122 будет зависеть от расстояния от провода 112 до пути 412 тока в объемном проводнике. Как и в случае обратного пути 108, может потребоваться, чтобы провод 122 находился достаточно близко (например, на расстоянии менее 50 см) к пути 412.In some embodiments, a wire other than return path 108, shown as path 122 in FIG. 1. In this case, current fluctuations in this wire may or may not be controlled by the same system (eg, power management system 104) as paths 106 and 108. In this case, the proximity effect of wire 122 will depend on the distance from wire 112 to current path 412 in the bulk conductor. As with return path 108, wire 122 may be required to be sufficiently close (e.g., less than 50 cm) to path 412.
В общем система 104 управления питанием подает ток в объемную среду 102 посредством электродов (например, 116 и 118) и специальных электрических проводников (например, специальных проводов или специальных кабелей) для образования замкнутой цепи (смотри Фиг. 1). Три этих компонента будут более подробно рассмотрены ниже.In general, power management system 104 supplies current to bulk medium 102 via electrodes (eg, 116 and 118) and special electrical conductors (eg, special wires or special cables) to form a closed circuit (see FIG. 1). These three components will be discussed in more detail below.
В некоторых вариантах реализации электроды 116 и 118 включают в себя матрицу входных и выходных электродов, как показано на Фиг. 6A. Система 600 электродов включает в себя три входных электрода 116(1)-(3), образующих матрицу 116 электродов, и три выходных электрода 118(1)-(3), образующих матрицу 118 электродов и формирующих смежные пути 410 тока в объемной среде. Эффект близости за счет тока 112 в обратных проводах 108 ограничивает плотность 410 тока в объемной среде, как описано выше.In some embodiments, electrodes 116 and 118 include an array of input and output electrodes as shown in FIG. 6A. The electrode system 600 includes three input electrodes 116(1)-(3) forming an electrode array 116 and three output electrodes 118(1)-(3) forming an electrode array 118 and forming adjacent current paths 410 in the bulk medium. Proximity effect due to current 112 in return wires 108 limits the current density 410 in the bulk medium as described above.
В общем, для достижения необходимого нагрева в целевых областях объемной среды 102 могут использоваться электроды различной геометрии. Например, со ссылкой на Фиг. 6B, система 610 иллюстрирует два электродных устройства 116 и 118, используемых для подачи тока через целевую область объемной среды 102 (с входным/выходным проводами 106 и 108). Электродное устройство 116 и 118 может представлять собой матрицу из одного или более электродов, как показано на Фиг. 6A. Фиг. 6C-D представляют собой схематические изображения других конфигураций 620 и 630 электродов соответственно для нагрева целевой области (областей) 120, например, на крыле летательного аппарата. Электродные устройства, обозначенные ссылочными позициями 116, 118 и 640, могут представлять собой одиночные электроды или матрицу из одного или более электродов, как показано на Фиг. 6A. Дополнительная информация о форме и конструкции электродов приведена ниже.In general, electrodes of various geometries may be used to achieve the desired heating in target regions of bulk medium 102. For example, with reference to FIG. 6B, system 610 illustrates two electrode devices 116 and 118 used to deliver current through a target area of bulk medium 102 (with input/output wires 106 and 108). The electrode device 116 and 118 may be an array of one or more electrodes as shown in FIG. 6A. Fig. 6C-D are schematics of other electrode configurations 620 and 630, respectively, for heating target area(s) 120, such as on an aircraft wing. The electrode devices designated 116, 118, and 640 may be single electrodes or an array of one or more electrodes, as shown in FIG. 6A. Additional information on the shape and design of the electrodes is given below.
В некоторых вариантах реализации объемная среда представляет собой обшивку самолета, а целевые области нагрева включают в себя, без ограничения: крылья, фюзеляж, вертикальные стабилизаторы, горизонтальные стабилизаторы, окна, законцовки, лобовое стекло, поверхности управления (закрылки, элероны, руль направления, руль высоты, воздушные тормоза и т.д.), носовую часть/носовой обтекатель, шасси, тормоза шасси, створки шасси, двигатели и гондолы двигателей, впуски и выпуски системы кондиционирования, вентиляционные отверстия топливных баков, приемники воздушного давления, приемники статического давления и другие антенны, датчики и внешние сигнальные огни, эксплуатационные щитки. Другими словами, в некоторых случаях предложенная технология может предусматривать размещение электродов на внутренней части планера в одной или более конфигурациях, показанных на Фиг. 6A-D. В некоторых вариантах реализации система 100 нагрева будет осуществлять джоулев нагрев на участках целевой области, а затем теплопроводность материала может обеспечивать более «распределенный» нагрев.In some embodiments, the volumetric environment is the skin of an aircraft, and the targeted areas of heating include, without limitation: wings, fuselage, vertical stabilizers, horizontal stabilizers, windows, wingtips, windshield, control surfaces (flaps, ailerons, rudder, rudder heights, air brakes, etc.), nose/nose cone, landing gear, landing gear brakes, landing gear doors, engines and engine nacelles, air conditioning inlets and outlets, fuel tank vents, air pressure receivers, static pressure receivers, and others antennas, sensors and external signal lights, service panels. In other words, in some cases, the proposed technology may include the placement of electrodes on the inside of the airframe in one or more of the configurations shown in FIG. 6A-D. In some embodiments, the heating system 100 will provide Joule heating to portions of the target area, and then the thermal conductivity of the material may provide more "distributed" heating.
В общем, система 104 управления питанием включает в себя систему выработки сигнала, выполненную с возможностью выработки высокочастотного (например, с частотой выше 1 кГц) сигнала переменного электрического тока и передачи его через вышеуказанную целевую область объемной среды 102. В некоторых вариантах реализации, в которых импеданс целевой области мал (в некоторых случаях значительно меньше 1 Ω), система выработки сигнала выполнена с возможностью выработки и поддержания необходимого уровня тока для осуществления джоулева нагрева целевой области. В некоторых случаях, поскольку импедансы других частей системы (например, электрических проводников или проводов, по которым передается сигнал) выше нуля, высокий ток, проходящий через эти части, будет осуществлять нежелательный джоулев нагрев за пределами целевой области. По этой причине в некоторых вариантах реализации система выработки сигнала спроектирована так, что высокий ток подается только вблизи целевой области.In general, power management system 104 includes a signal generation system configured to generate a high frequency (eg, greater than 1 kHz) AC electrical current signal and transmit it through the above target area of bulk medium 102. In some embodiments, in which the impedance of the target area is small (much less than 1 Ω in some cases), the signal generation system is configured to generate and maintain the necessary current level to effect Joule heating of the target area. In some cases, because the impedances of other parts of the system (eg, electrical or signal-carrying wires) are greater than zero, the high current flowing through those parts will produce unwanted Joule heating outside of the target area. For this reason, in some implementations, the signal generation system is designed such that high current is applied only in the vicinity of the target area.
В некоторых вариантах реализации некоторые или все элементы/блоки системы выработки сигнала, а также проводящие блоки/кабели, соединяющие их, спроектированы так, чтобы максимально снижать нежелательные потери мощности, обычно возникающие при передаче высокого тока и высокочастотных электромагнитных сигналов.In some embodiments, some or all of the elements/assemblies of the signal generation system, and the conductive assemblies/cables connecting them, are designed to minimize the unwanted power losses typically associated with the transmission of high current and high frequency electromagnetic signals.
В некоторых вариантах реализации система выработки сигнала может получать питание от существующих источников питания (например, от существующих электрических шин летательного аппарата). В некоторых вариантах реализации в системе используется специальный аккумулятор или специальный источник питания, который является частью системы. Например, такие специальные источники питания могут включать в себя, без ограничения: электрические генераторы, работающие на топливе, электрические генераторы, работающие на солнечной энергии, электрические генераторы, работающие на энергии ветра, электрические генераторы, работающие на газу, и т.д. В некоторых вариантах реализации система выработки сигнала может быть расположена в цепи между источником питания (например, существующей электрической шиной, специальным аккумулятором, специальным источником питания) и целевой областью.In some embodiments, the signal generation system may be powered by existing power sources (eg, existing aircraft busbars). In some implementations, the system uses a special battery or a special power supply that is part of the system. For example, such special power sources may include, without limitation: fuel-fired electrical generators, solar-powered electrical generators, wind-powered electrical generators, gas-powered electrical generators, and so on. In some implementations, the signal generation system may be located in a circuit between a power source (eg, an existing bus bar, a dedicated battery, a dedicated power source) and the target area.
Кроме того, в некоторых вариантах реализации система выработки сигнала может включать в себя схемы и устройства управления, существующие в виде независимых блоков и/или встроенные в совокупность других блоков, которые являются частью системы выработки сигнала.In addition, in some embodiments, the signal generation system may include control circuits and devices that exist as independent blocks and/or are embedded in a collection of other blocks that are part of the signal generation system.
В некоторых вариантах реализации система 100 нагрева используется для нагрева нескольких отдельных целевых областей. В таком случае каждый элемент или блок системы нагрева (например, блок преобразования сигнала, схема регулировки импеданса, и т.д.) либо может быть централизованным для всей системы, либо может быть распределен в виде отдельного блока или нескольких блоков из расчета на целевую область или группу целевых областей. Конфигурации централизации или распределения, помимо прочего, могут использоваться для улучшения функциональности системы, повышения энергоэффективности, снижения стоимости, соответствия нормативным документам, уменьшения веса, размера и сложности. Например, в некоторых вариантах реализации блок преобразования сигнала является централизованным, тогда как схема регулировки импеданса распределена из расчета один или более блоков на целевую область. В некоторых вариантах реализации блок преобразования сигнала является частично централизованным и включает в себя централизованный подблок преобразования в стандартизированное питание и подблок выработки переменного тока, распределенный из расчета один или более подблоков на целевую область или группу целевых областей. В некоторых вариантах реализации блок преобразования сигнала является полностью распределенным, при этом каждый из его подблоков распределен из расчета один или более подблоков на целевую область или группу целевых областей.In some embodiments, heating system 100 is used to heat multiple separate target areas. In such a case, each element or block of the heating system (e.g., signal conditioning block, impedance adjustment circuit, etc.) can either be centralized for the entire system, or can be distributed as a separate block or several blocks based on the target area. or a group of target areas. Centralization or distribution configurations can be used to improve system functionality, improve energy efficiency, reduce cost, comply with regulations, reduce weight, size, and complexity, among other things. For example, in some implementations, the signal conditioning block is centralized, while the impedance adjustment circuit is distributed on the basis of one or more blocks per target area. In some embodiments, the signal conversion unit is partially centralized and includes a centralized power conversion subunit and an AC generation subunit distributed at the rate of one or more subunits per target area or group of target areas. In some embodiments, the signal transform block is fully distributed, with each of its sub-blocks distributed on the basis of one or more sub-blocks per target area or group of target areas.
В некоторых вариантах реализации система 104 управления питанием непрерывно подает питание на целевую область 102 до тех пор, пока операция нагрева/устранения обледенения/предотвращения обледенения не будет завершена. В некоторых вариантах реализации система может включать и выключать подачу питания (например, с использованием блока управления) улучшенным/эффективным образом для достижения необходимой выработки и распределения тепла в проводящем материале 102. Например, когда система включена, тепло вырабатывается в конкретных местах целевой области и передается по целевой области, «распределяясь» на остальную часть целевой области. Когда система выключена, выработанное тепло продолжает распространяться по целевой области.In some embodiments, the power management system 104 continuously supplies power to the target area 102 until the heating/deicing/anti-icing operation is completed. In some implementations, the system may turn power on and off (for example, using a control unit) in an improved/efficient manner to achieve the desired heat generation and distribution in the conductive material 102. For example, when the system is turned on, heat is generated at specific locations in the target area and transferred over the target area, "distributing" to the rest of the target area. When the system is turned off, the generated heat continues to spread through the target area.
В некоторых вариантах реализации в качестве улучшения система может включать в себя разные уровни мощности для включенного состояния и циклически переключать выключенное состояние и разные уровни мощности. В некоторых вариантах реализации конкретные уровни мощности могут быть достигнуты с помощью плавного увеличения/уменьшения мощности в отличие от одноступенчатого увеличения или уменьшения мощности. Такие импульсные режимы работы системы управления питанием могут быть либо полностью предварительно запрограммированы при настройке системы, либо могут изменяться и динамически улучшаться на основе контуров обратной связи, образующих часть блока управления системы, как подробно описано ниже.In some embodiments, as an enhancement, the system may include different power levels for the on state and cycle through the off state and different power levels. In some embodiments, specific power levels may be achieved with a gradual increase/decrease in power as opposed to a single step increase or decrease in power. Such pulsed power management system operation modes may either be fully pre-programmed during system setup, or may be changed and dynamically improved based on feedback loops forming part of the system's control unit, as detailed below.
В некоторых вариантах реализации, в которых система нагрева включает в себя несколько целевых областей, импульсный режим подачи питания, описанный выше, может асинхронно использоваться по всем целевым областям, так что все целевые области будут нагреваться за необходимое количество времени, при этом как общие средние, так и общие мгновенные уровни мощности будут оставаться ниже заданного порогового значения. Например, в случае противообледенительной системы летательного аппарата, предусматривающей нагрев обоих крыльев, фюзеляжа, а также горизонтального и вертикального стабилизаторов, такой поэтапный режим подачи питания может быть разработан так, чтобы система включалась только для одной целевой области за раз. В некоторых вариантах реализации, поэтапный режим подачи питания может быть следующим: включение системы для левого крыла, затем для фюзеляжа, затем для правого крыла, затем для вертикального стабилизатора и затем для горизонтального стабилизатора.In some implementations in which the heating system includes multiple target areas, the pulsed power mode described above can be used asynchronously across all target areas so that all target areas will heat up in the required amount of time, with both overall averages, so the total instantaneous power levels will remain below a predetermined threshold. For example, in the case of an aircraft de-icing system that heats both wings, the fuselage, and the horizontal and vertical stabilizers, this staggered power delivery can be designed so that the system is turned on for only one target area at a time. In some embodiments, the staggered power-up mode may be as follows: turning on the system for the left wing, then the fuselage, then the right wing, then the vertical stabilizer, and then the horizontal stabilizer.
В некоторых вариантах реализации на каждом этапе для достижения необходимого нагрева, средней мощности, мгновенного уровня мощности, а также приемлемого распределения тепла может использоваться улучшенная синхронизация. В некоторых вариантах реализации, аналогично вышеописанному режиму, в заданное время может быть нагрето любое подмножество целевых областей.In some embodiments, improved timing may be used at each step to achieve the desired heat, average power, instantaneous power level, and acceptable heat distribution. In some implementations, similar to the mode described above, any subset of target areas can be heated at a given time.
В некоторых вариантах реализации один или более блоков или элементов, указанных как часть конструкции системы нагрева, имеют кожух. Такой кожух может быть разработан для одного блока или для любой совокупности блоков. В некоторых вариантах реализации кожухи разработаны в соответствии со стандартами аттестации по воздействию на окружающую среду. Например, кожухи могут быть разработаны в соответствии такими критериями, как негорючесть, защита от осадков, крепление и конструкция, обеспечивающие защиту от внешних ударов и вибраций, электрическая изоляция, защита от внешних электромагнитных помех и экранирование излучения внешних электромагнитных помех в замкнутых цепях, а также тепловая разгрузка.In some embodiments, one or more blocks or elements specified as part of the design of the heating system have a casing. Such a housing can be designed for a single unit or for any combination of units. In some embodiments, enclosures are designed to meet environmental validation standards. For example, enclosures can be designed to meet criteria such as non-combustibility, weather protection, mounting and construction to provide protection from external shock and vibration, electrical isolation, protection against external electromagnetic interference and shielding of external electromagnetic interference radiation in closed circuits, as well as thermal unloading.
В некоторых вариантах реализации некоторые кожухи могут быть разработаны так, чтобы использовать конструкцию нагреваемого объекта (например, объемного проводящего материала) в качестве теплоотвода. Например, один или более блоков системы нагрева могут быть размещены в металлических или проводящих конструкциях, установленных так, чтобы они имели высокую теплопроводность по отношению к объемной среде, на которой они находятся. Одним возможным преимуществом этой конструкции является нагрев объемной среды, а также обеспечение необходимого охлаждения электронного оборудования. Другим возможным преимуществом этой конструкции является уменьшение веса системы нагрева (или устройства) за счет исключения необходимости обеспечения отдельного теплоотвода для рассеивания потерь. В некоторых вариантах реализации целевые области могут использоваться как часть теплоотводов блоков системы нагрева. Такое использование может повысить эффективность системы нагрева, поскольку цепи системы нагрева неизбежно создают потери тепла, которые могут передаваться в целевые области для их нагрева.In some embodiments, some housings may be designed to use the structure of a heated object (eg, a bulk conductive material) as a heat sink. For example, one or more blocks of the heating system may be placed in metal or conductive structures installed so that they have a high thermal conductivity with respect to the bulk medium on which they are located. One possible advantage of this design is the heating of the bulk medium, as well as providing the necessary cooling of the electronic equipment. Another possible advantage of this design is to reduce the weight of the heating system (or device) by eliminating the need to provide a separate heat sink to dissipate losses. In some embodiments, target areas may be used as part of the heat sinks of the heating system units. Such use can improve the efficiency of the heating system, since the circuits of the heating system inevitably create heat losses that can be transferred to target areas for heating.
В некоторых вариантах реализации для крепления кожуха к объемной среде могут использоваться адгезивы или крепежные средства различных типов. Например, один адгезив, используемый в основном для сохранения механической жесткости, может использоваться для удержания кожуха на месте, тогда как другой адгезив (или слой) может использоваться для обеспечения пути с более низким тепловым импедансом для выполнения теплоотводящей функции кожуха.In some embodiments, various types of adhesives or fasteners may be used to secure the housing to the bulk medium. For example, one adhesive, used primarily to maintain mechanical rigidity, may be used to hold the casing in place, while another adhesive (or layer) may be used to provide a lower thermal impedance path for the casing's heat dissipation function.
В некоторых вариантах реализации один или более блоков системы нагрева могут быть выполнены с возможностью определения одного или более измерений, включая, без ограничения, напряжение, ток, температуру, прямую мощность и отраженную мощность, измеренные в цепях блока, окружающих кабелях, других блоках или целевых областях. В некоторых вариантах реализации такие измерения в дальнейшем могут использоваться для отслеживания рабочего состояния блока (блоков) и управления их работой (с использованием механизма обратной связи), в том числе включением/выключением, уровнями выходного сигнала и внутреннего управления переключающими и настраиваемыми деталями для повышения эффективности (более подробная информация об управлении переключающими и настраиваемыми деталями в схеме динамической регулировки приведена ниже). Регулируемые параметры могут включать в себя отношение мощности к нагрузке и/или тока к нагрузке, управление напряжением в схеме регулировки и другие соответствующие сигналы.In some embodiments, one or more units of the heating system may be configured to determine one or more measurements, including, but not limited to, voltage, current, temperature, forward power, and reflected power, measured on the unit's circuits, surrounding cables, other units, or targets. areas. In some implementations, such measurements can then be used to monitor the operating status of the block(s) and control their operation (using a feedback mechanism), including on/off, output levels, and internal control of switching and tuning parts to improve efficiency. (More detailed information about the control of switching and setting parts in the dynamic adjustment scheme is given below). Adjustable parameters may include power-to-load and/or current-to-load ratio, voltage control in the control circuit, and other appropriate signals.
В некоторых вариантах реализации вышеописанные измерения, используемые в рамках контуров обратной связи, также могут включать в себя специальные датчики обледенения, которые могут быть установлены на целевых областях или вблизи них. Такие датчики могут использоваться, например, для информирования системы нагрева и/или пользователя о статусе завершения устранения обледенения, а также могут обеспечивать входные данные для регулировки уровней мощности на этапах устранения обледенения и предотвращения обледенения. В некоторых вариантах реализации датчики обледенения также могут использоваться для обнаружения отказов системы и/или необходимости технического обслуживания.In some implementations, the measurements described above used within the feedback loops may also include special ice sensors that may be installed at or near the target areas. Such sensors may be used, for example, to inform the heating system and/or the user of the completion status of deicing, and may also provide input to adjust power levels during the deicing and deicing steps. In some embodiments, ice sensors may also be used to detect system failures and/or maintenance needs.
В некоторых вариантах реализации система нагрева может включать в себя блок управления преобразователем протокола (или «блок управления» или «подблок управления»), который принимает входные данные от пользователя (которым может быть пилот или второй пилот в случае противообледенительной системы летательного аппарата) и/или от датчиков системы и выводит сигналы управления в другие блоки. В некоторых вариантах реализации входные данные от пользователя могут включать в себя, без ограничения, состояние включения/выключения, состояние устранения обледенения/предотвращения обледенения/выключения, целевые температуры для целевых областей и целевую выходную мощность для целевых областей. В некоторых вариантах реализации входные данные от датчиков могут включать в себя, без ограничения, напряжение, ток, температуру, прямую мощность и отраженную мощность, импеданс, данные от датчиков обледенения, предохранительного фиксатора, различных логических блоков летательного аппарата, информацию от радиоэлектронного оборудования, а также другие данные. В некоторых вариантах реализации блок управления преобразователем протокола является централизованным для всей системы. В некоторых вариантах реализации он является распределенным из расчета один блок управления преобразователем протокола на целевую область или группу целевых областей.In some embodiments, the heating system may include a protocol converter control unit (or "control unit" or "sub-control unit") that receives input from a user (which may be a pilot or co-pilot in the case of an aircraft anti-icing system) and/ or from system sensors and outputs control signals to other units. In some implementations, user input may include, without limitation, on/off state, de-icing/anti-icing/shutdown state, target temperatures for target areas, and target power output for target areas. In some embodiments, sensor inputs may include, but are not limited to, voltage, current, temperature, forward power and reflected power, impedance, data from ice sensors, safety latch, various aircraft logic blocks, information from avionics, and also other data. In some embodiments, the protocol converter control unit is centralized for the entire system. In some embodiments, it is distributed on the basis of one protocol converter control unit per target area or group of target areas.
В некоторых вариантах реализации входные данные пользователя могут быть переданы в блок управления либо по проводной (например, с использованием стандартов передачи данных, таких как ARINC 429), либо по беспроводной связи (например, с использованием соединения по Bluetooth или Wi-Fi с низким энергопотреблением). В некоторых вариантах реализации пользовательское устройство ввода может быть либо встроено в систему нагрева (например, встроено в экранные элементы управления в кабине в случае противообледенительной системы летательного аппарата), либо может представлять собой отдельное устройство, например, планшет с сенсорным экраном (например, отдельный планшет, установленный в кабине, или специальное приложение, установленное на планшете пилота с сенсорным экраном в случае противообледенительной системы летательного аппарата).In some implementations, user input may be transmitted to the control unit either by wire (for example, using data communication standards such as ARINC 429) or wirelessly (for example, using a Bluetooth or Wi-Fi low energy connection). ). In some implementations, the user input device may either be integrated into the heating system (e.g., integrated into on-screen controls in the cockpit in the case of an aircraft de-icing system) or may be a separate device, such as a touchscreen tablet (e.g., a separate tablet). , installed in the cockpit, or a special application installed on the pilot's tablet with a touch screen in the case of an aircraft anti-icing system).
В некоторых вариантах реализации система 104 управления питанием включает в себя блок или схему преобразования сигнала, который или которая преобразует сигнал от существующих электрических шин, или специального аккумулятора, или любого другого источника питания системы нагрева в необходимый высокочастотный сигнал переменного тока для выработки тока в объемной среде. Например, в случае летательного аппарата блок преобразования сигнала может принимать питание постоянного тока, доступное от электрической шины самолета, и преобразовывать его в необходимый высокочастотный сигнал переменного тока. В другом примере летательного аппарата блок преобразования сигнала может принимать питание, доступное от электрической шины самолета, в виде сигнала переменного тока, и преобразовывать его в необходимый высокочастотный сигнал переменного тока. В некоторых вариантах реализации блок преобразования сигнала может принимать питание постоянного тока, доступное от специального аккумулятора или от любого специального источника питания (например, образующего часть системы нагрева), и преобразовывать его в необходимый высокочастотный сигнал переменного тока. В некоторых вариантах реализации специальные аккумуляторы или источники питания могут быть встроены в тот же кожух и/или монтажную плату, что и блок преобразования сигнала.In some embodiments, the power management system 104 includes a signal conditioning unit or circuit that or that converts a signal from an existing busbar or a dedicated battery or any other heating system power source into the required high frequency AC signal to generate current in the bulk environment. . For example, in the case of an aircraft, the signal conditioning unit may take the DC power available from the aircraft busbar and convert it to the required high frequency AC signal. In another example of an aircraft, the signal conditioning unit may receive power available from the aircraft bus as an AC signal and convert it to the desired high frequency AC signal. In some embodiments, the signal conditioning unit may take DC power available from a dedicated battery or from any dedicated power source (eg, forming part of a heating system) and convert it to the required high frequency AC signal. In some implementations, special batteries or power supplies may be built into the same housing and/or circuit board as the signal conditioning unit.
Фиг. 7 представляет собой схематическое изображение примерного блока 700 преобразования сигнала для системы 104 управления питанием, включающего в себя основной подблок 710 преобразования в стандартизированное питание и основной подблок 720 выработки переменного тока, которые предшествуют другой схеме 730 в остальной части устройства 100. Система 104 управления питанием может получать питание от существующих источников питания, как показано на Фиг. 7.Fig. 7 is a schematic diagram of an exemplary signal conditioning block 700 for a power management system 104, including a standardized power conversion main sub-block 710 and an AC generation main sub-block 720 that precede another circuit 730 in the rest of the device 100. The power management system 104 may be powered by existing power supplies, as shown in FIG. 7.
Фиг. 8 представляет собой схематическое изображение примерного блока 800 преобразования сигнала для системы 104 управления питанием, включающего в себя подблок 810 преобразования в стандартизированное питание, подблок 820 выработки переменного тока и подблок 830 управления.Fig. 8 is a schematic diagram of an exemplary signal conversion unit 800 for a power management system 104, including a standardized power conversion subunit 810, an AC generation subunit 820, and a control subunit 830.
В некоторых вариантах реализации подблок преобразования в стандартизированное питание получает питание от существующих источников питания или от аккумулятора системы нагрева и преобразует его в стандартизированный входной сигнал, например, 250 В постоянного тока, для улучшения работы подблока выработки переменного тока, а также для повышения эффективности передачи питания блока преобразования сигнала.In some implementations, the standardized power conversion subunit takes power from existing power supplies or from the heating system battery and converts it to a standardized input signal, such as 250 VDC, to improve the performance of the AC generation subunit, as well as to increase the efficiency of power transfer signal conversion block.
В некоторых вариантах реализации, в которых существующие электрические шины подают питание в виде сигнала 400 Гц, 115 В переменного тока в подблок преобразования в стандартизированное питание, подблок преобразования в стандартизированное питание может включать в себя обратноходовой преобразователь с фильтром на выходе, таким как синфазный дроссель, предотвращающий попадание электромагнитных помех в подблок выработки переменного тока или его повреждение. Фиг. 9A представляет собой схематическое изображение примерного подблока 900 преобразования в стандартизированное питание, включающего в себя обратноходовой преобразователь 910 и синфазный дроссель 920. Фиг. 9B представляет собой схематическое изображение примерного обратноходового преобразователя 910.In some implementations where existing busbars provide power as a 400 Hz, 115 VAC signal to the standardized power conversion subunit, the standardized power conversion subunit may include a flyback converter with an output filter such as a common mode choke, to prevent electromagnetic interference from entering or damaging the AC generation subunit. Fig. 9A is a schematic diagram of an exemplary power conversion sub-unit 900 including a flyback converter 910 and a common mode choke 920. FIG. 9B is a schematic of an exemplary flyback converter 910.
В некоторых вариантах реализации подблок преобразования в стандартизированное питание представляет собой мостовой выпрямитель, преобразующий питание переменного тока, поступающее от существующих источников питания, в любое необходимое напряжение постоянного тока. В некоторых вариантах реализации подблок преобразования в стандартизированное питание получает питание постоянного тока от аккумулятора или существующих источников питания (например, на 28 В постоянного тока, что типично для летательного аппарата) и преобразует его в другое напряжение постоянного тока или напряжение переменного тока. Например, преобразование напряжения постоянного тока может быть предпочтительно для питания блоков управления и элементов системы нагрева, в этом случае возможные уровни напряжения могут включать в себя ±3,3 В, ±5 В и/или ±12 В. Наконец, в некоторых вариантах реализации в конструкцию подблока преобразования в стандартизированное питание может быть включен каскад коррекции коэффициента мощности в зависимости от источника питания. В некоторых вариантах реализации коррекция коэффициента мощности может служить для коррекции нелинейной нагрузки источника питания, которая может быть необходима. Возможны каскады активной и пассивной коррекции коэффициента мощности.In some embodiments, the power conversion subunit is a bridge rectifier that converts AC power from existing power supplies to any desired DC voltage. In some embodiments, the power conversion subunit takes DC power from a battery or existing power supplies (eg, 28 V DC, as is typical for an aircraft) and converts it to another DC voltage or AC voltage. For example, DC voltage conversion may be preferred for powering control units and elements of the heating system, in which case possible voltage levels may include ±3.3 V, ±5 V, and/or ±12 V. Finally, in some implementations a power factor correction stage can be included in the design of the sub-unit for converting to a standardized power supply, depending on the power source. In some implementations, power factor correction may be used to correct the non-linear loading of the power supply, which may be necessary. Cascades of active and passive power factor correction are possible.
В некоторых вариантах реализации подблок выработки переменного тока использует входное питание от подблока преобразования в стандартизированное питание и преобразует его в необходимый высокочастотный сигнал переменного тока. В некоторых вариантах реализации подблок выработки переменного тока предназначен для повышения эффективности передачи питания блока преобразования сигнала. В некоторых вариантах реализации подблок выработки переменного тока включает в себя усилитель мощности или генератор переменного тока/радиочастотный генератор.In some embodiments, the AC generation subunit takes the input power from the conversion subunit to standardized power and converts it to the desired high frequency AC signal. In some embodiments, the AC generation subunit is designed to improve the power transfer efficiency of the signal conditioning unit. In some embodiments, the AC generation subunit includes a power amplifier or an AC/RF generator.
В некоторых вариантах реализации основной каскад усиления мощности усилителя мощности является либо «линейным», либо «коммутирующим». Соответствующие компромиссы между этими двумя архитектурами могут включать в себя эффективность, допустимую мощность и линейность. Примерные линейные усилители могут включать в себя усилители класса A, класса B и класса C. Примерные коммутирующие усилители могут включать в себя усилители класса D, класса E и класса F. В некоторых вариантах реализации линейные усилители имеют высокую линейность и низкую эффективность по сравнению с коммутирующими усилителями. Низкая эффективность может означать более сложное управление тепловым режимом, более высокие требования к компонентам и т.д. Низкая линейность может означать повышенное содержание гармоник, потенциально вызывающее проблемы соответствия нормативным требованиям, более низкую эффективность, более сложную конструкцию физических и электрических схем расположения и т.д.In some implementations, the main power amplification stage of the power amplifier is either "linear" or "switching". Relevant trade-offs between these two architectures may include efficiency, power handling, and linearity. Exemplary linear amplifiers may include class A, class B, and class C amplifiers. Exemplary switching amplifiers may include class D, class E, and class F amplifiers. In some embodiments, linear amplifiers have high linearity and low efficiency compared to switching amplifiers. amplifiers. Low efficiency can mean more complex thermal management, higher component requirements, etc. Low linearity can mean higher harmonic content potentially causing regulatory compliance issues, lower efficiency, more complex physical and electrical layouts, etc.
В некоторых вариантах реализации подблок выработки переменного тока включает в себя полномостовой усилитель класса D. Например, в конструкции усилителя используются двойные полевые МОП-транзисторы, питаемые от драйвера затвора и кварцевого генератора с температурной компенсацией, генерирующего необходимую частоту. Фиг. 10A представляет собой схематическое изображение примерного подблока 1000 выработки переменного тока, включающего в себя усилитель 1010 класса D с двойными полевыми МОП-транзисторами, кварцевый генератор 1020 с температурной компенсацией и драйвер 1030 затвора. Фиг. 10B представляет собой теоретическое схематическое изображение примерного усилителя класса D с использованием двойных полевых МОП-транзисторов. В некоторых вариантах реализации полномостовая архитектура может обеспечивать возможность дифференциальной (сбалансированной) передачи, а также в четыре раза большую выходную мощность для заданного уровня напряжения шины при заданной нагрузке по сравнению с полумостовой архитектурой. Дифференциальная передача также может иметь значение с точки зрения соблюдения нормативов излучения в условиях сбалансированной нагрузки, представленной предполагаемой конструкцией крыла. Кроме того, в некоторых вариантах реализации архитектуры класса D могут иметь более высокий коэффициент использования коммутатора, чем другие архитектуры коммутации.In some embodiments, the AC generation subunit includes a full-bridge class D amplifier. For example, the amplifier design uses dual MOSFETs powered by a gate driver and a temperature-compensated crystal oscillator that generates the required frequency. Fig. 10A is a schematic diagram of an exemplary AC generation sub-unit 1000 including a dual MOSFET class D amplifier 1010, a temperature compensated crystal oscillator 1020, and a gate driver 1030. Fig. 10B is a theoretical schematic of an exemplary Class D amplifier using dual MOSFETs. In some implementations, a full-bridge architecture can provide differential (balanced) transmission capability as well as four times the output power for a given bus voltage level at a given load compared to a half-bridge architecture. Differential gearing can also be important in terms of compliance with radiation regulations under the balanced load conditions represented by the intended wing design. In addition, in some implementations, Class D architectures may have higher switch utilization than other switching architectures.
В некоторых вариантах реализации в архитектуре класса D с одночастотной передачей многие входные параметры могут быть изменены для достижения улучшенных выходных параметров. Примерный входной параметр включает в себя бестоковую паузу. Примерные выходные параметры включают в себя эффективность, пиковые напряжения компонентов и т.д.In some implementations in a class D architecture with single frequency transmission, many of the input parameters can be changed to achieve improved output parameters. An exemplary input parameter includes a dead time. Exemplary output parameters include efficiency, component peak voltages, etc.
В некоторых вариантах реализации архитектуры класса D могут иметь высокий коэффициент использования коммутатора и полностью кремниевые реализации компонентов, что делает их подходящими для потенциальной разработки интегральных схем специального назначения. В таких разработках возможна реализация системы на кристалле, в которой все компоненты управления и силовая электроника находятся либо на одном кристалле, либо в многокристальном корпусе. В некоторых вариантах реализации архитектура класса D имеет распределенные модули, вмещающие системы на кристалле и поддерживающие схемы, прикрепленные к различным, распределенным местам на заданном элементе летательного аппарата.In some implementations, Class D architectures may have high switch utilization and all-silicon component implementations, making them suitable for potential ASIC development. In such designs, it is possible to implement a system-on-chip in which all control components and power electronics are either on a single chip or in a multi-chip package. In some embodiments, a class D architecture has distributed modules housing systems on a chip and supporting circuitry attached to various, distributed locations on a given aircraft element.
В других вариантах реализации используются другие конструкции коммутации, такие как архитектуры с одним коммутатором, например, класса E или класса F. В некоторых вариантах реализации такие архитектуры могут иметь реализации с более высокой частотой коммутации, в которых драйвер затвора верхнего плеча сложно или практически невозможно реализовать. В некоторых вариантах реализации архитектуры с одним коммутатором могут использоваться вместо реализаций класса D при увеличении частоты из-за потенциальных ограничений реализаций класса D на этих частотах.Other implementations use other switching designs, such as single-switch architectures, such as class E or class F. In some implementations, such architectures may have higher switching frequency implementations in which a high-side gate driver is difficult or impracticable to implement. . In some implementations, single-switch architectures may be used instead of Class D implementations as frequency increases due to the potential limitations of Class D implementations at these frequencies.
В некоторых вариантах реализации для ослабления отрицательного влияния нелинейных искажений, присущих некоторым архитектурам коммутации, с коммутирующими усилителями могут использоваться технологии уменьшения и устранения гармоник. Например, для устранения гармоник во время выработки сигнала могут использоваться изменение основного рабочего цикла сигнала, гасящие импульсы и другие технологии.In some implementations, harmonic reduction and elimination techniques may be used with switching amplifiers to mitigate the negative effects of the harmonic distortion inherent in some switching architectures. For example, changing the signal's basic duty cycle, dampening pulses, and other technologies can be used to eliminate harmonics during signal generation.
В некоторых вариантах реализации подблок выработки переменного тока включает в себя транзисторы, в том числе кремниевые полевые МОП-транзисторы. В некоторых вариантах реализации транзисторы представляют собой полевые МОП-транзисторы на основе нитрида галлия (GaN). В некоторых вариантах реализации транзисторы на основе GaN имеют следующие предпочтительные свойства: сопротивление во включенном состоянии, заряд затвора при включении и заряд обратного восстановления. В некоторых вариантах реализации GaN подходит для более высоких частот.In some embodiments, the AC generation subunit includes transistors, including silicon MOSFETs. In some embodiments, the transistors are gallium nitride (GaN) MOSFETs. In some embodiments, GaN transistors have the following preferred properties: on-state resistance, turn-on gate charge, and reverse recovery charge. In some embodiments, GaN is suitable for higher frequencies.
В некоторых вариантах реализации подблок преобразования в стандартизированное питание дополнительно включает в себя каскад преобразования малой мощности, например, линейный регулятор, для получения питания от существующих источников питания и преобразования его в подходящий входной сигнал питания для элементов, приводящих в действие подблок выработки переменного тока, например, драйверов затвора или кварцевых генераторов. Фиг. 10C представляет собой схематическое изображение примерного подблока 1050 выработки переменного тока, включающего в себя усилитель 1010 класса D с двойными полевыми МОП-транзисторами, кварцевый генератор 1020 с температурной компенсацией, драйвер 1030 затвора и каскад 1050 преобразования малой мощности.In some implementations, the standardized power conversion subunit further includes a low power conversion stage, such as a linear regulator, to obtain power from existing power supplies and convert it to a suitable power input for the elements driving the AC generation subunit, such as , gate drivers or crystal oscillators. Fig. 10C is a schematic of an exemplary AC generation subunit 1050 including a dual MOSFET class D amplifier 1010, a temperature compensated crystal oscillator 1020, a gate driver 1030, and a low power conversion stage 1050.
В некоторых вариантах реализации подблок выработки переменного тока расположен вблизи целевой области. Возможным преимуществом этой конструкции является ограничение потерь и излучений, которые происходят при передаче переменного тока от подблока выработки переменного тока через схему регулировки на целевую область. В некоторых вариантах реализации подблок преобразования в стандартизированное питание может быть расположен вблизи подблока выработки переменного тока или вблизи существующего источника питания или специального аккумулятора. Когда подблок преобразования в стандартизированное питание расположен ближе к подблоку выработки переменного тока, он может быть объединен с подблоком выработки переменного тока, что потенциально снижает количество модулей в системе и ее сложность. Когда подблок преобразования в стандартизированное питание расположен ближе к существующему источнику питания или специальному аккумулятору, он может быть предназначен для улучшения передачи питания (включая повышение эффективности и уменьшение электромагнитных помех) от источника питания или аккумулятора в подблок выработки переменного тока. Например, когда существующий источник питания обеспечивает питание с частотой 400 Гц и напряжением 115 В переменного тока, подблок преобразования в стандартизированное питание может включать в себя преобразователь переменного тока в постоянный, преобразующий напряжение источника питания в 250 В постоянного тока, что уменьшает электромагнитные помехи, которые могут быть вызваны переменным током, и повышает эффективность за счет увеличения напряжения и уменьшения количества тока, передаваемого из подблока преобразования в стандартизированное питание в подблок выработки переменного тока.In some embodiments, the AC generation subunit is located near the target area. A possible advantage of this design is to limit the losses and emissions that occur when passing AC from the AC generation subunit through the control circuit to the target area. In some embodiments, the power conversion subunit may be located near the AC generation subunit, or near an existing power source or dedicated battery. When the power conversion sub-unit is located closer to the AC generation sub-unit, it can be combined with the AC generation sub-unit, potentially reducing the number of modules in the system and its complexity. When the power conversion subunit is located closer to an existing power supply or dedicated battery, it may be designed to improve power transfer (including efficiency and EMI reduction) from the power supply or battery to the AC generation subunit. For example, when an existing power supply provides 400 Hz, 115 VAC power, the standardized power conversion subunit may include an AC/DC converter that converts the power supply voltage to 250 VDC, which reduces electromagnetic interference that can be caused by AC current, and improves efficiency by increasing the voltage and reducing the amount of current transferred from the standardized power conversion sub-unit to the AC generation sub-unit.
В некоторых вариантах реализации подблок управления управляет состоянием блока преобразования сигнала, включением/выключением, выходной мощностью, частотой и другими параметрами на основе соответствующих входных данных, доступных в области применения, для которой разработано устройство (система нагрева), путем вывода сигналов управления в другие подблоки преобразования сигнала, включая подблок преобразования в стандартизированное питание, а также драйверы подблока выработки переменного тока. В примере системы нагрева для устранения обледенения и предотвращения обледенения летательного аппарата в некоторых вариантах реализации ввод данных может включать в себя ручной ввод данных пилотом посредством переключателя в кабине, температуру от датчиков температуры внутри и снаружи планера, состояние обжатия шасси от предохранительного фиксатора, различные логические блоки летательного аппарата, информацию от радиоэлектронного оборудования, обратную связь от самого устройства (системы нагрева), а также другие данные. В некоторых вариантах реализации подблок управления включает в себя супервизор микроконтроллера, питаемый от каскада преобразования малой мощности, такой как линейный регулятор, получающий питание от существующих источников питания и преобразующий его в подходящий входной сигнал питания, и выводящий сигналы управления в подблок преобразования в стандартизированное питание и подблок выработки переменного тока. Фиг. 11 представляет собой схематическое изображение примерного подблока 1100 управления, включающего в себя микроконтроллер 1110 и каскад 1120 преобразования малой мощности.In some implementations, the control sub-block controls the signal conditioning block state, on/off, output power, frequency, and other parameters based on the appropriate input data available in the application for which the device is designed (heating system), by outputting control signals to other sub-blocks signal conditioning, including the conversion to standardized power sub-unit, as well as the drivers of the AC generation sub-unit. In the example of a heating system for de-icing and de-icing an aircraft, in some embodiments, data input may include manual input by the pilot via a switch in the cockpit, temperature from temperature sensors inside and outside the airframe, undercarriage compression status from a safety latch, various logic blocks aircraft, information from radio-electronic equipment, feedback from the device itself (heating system), as well as other data. In some implementations, the control subunit includes a microcontroller supervisor powered by a low power conversion stage, such as a linear regulator that draws power from existing power supplies and converts it to a suitable power input, and outputs control signals to the conversion subunit to standardized power and AC generation sub-unit. Fig. 11 is a schematic diagram of an exemplary control subunit 1100 including a microcontroller 1110 and a low power conversion stage 1120.
В некоторых вариантах реализации, например, в случае модернизированной противообледенительной системы нагрева летательного аппарата блок преобразования сигнала может быть установлен вблизи доступных электрических шин в централизованном месте. Это может снизить сложность установки, время установки и затраты на блок. В некоторых вариантах реализации блок преобразования сигнала децентрализован и установлен ближе к целевым областям. Это может уменьшить расстояние, которое должен преодолеть сигнал переменного тока между блоком преобразования сигнала и целевыми областями, что потенциально может снизить затраты, связанные с экранированием сигнала от электромагнитных помех и требованиями к кабелю, по которому передается такой сигнал переменного тока.In some embodiments, for example, in the case of an upgraded aircraft de-icing heating system, the signal conditioning unit may be installed near accessible busbars in a centralized location. This can reduce installation complexity, installation time, and unit costs. In some implementations, the signal conditioning unit is decentralized and installed closer to the target areas. This can reduce the distance the AC signal must travel between the signal conditioning unit and the target areas, potentially reducing the cost associated with signal EMI shielding and cabling requirements for such an AC signal.
В некоторых вариантах реализации система нагрева имеет схему регулировки импеданса, выполненную с возможностью регулировки выходного импеданса системы нагрева до необходимых уровней. Например, схема регулировки импеданса может быть выполнена с возможностью регулировки выходного импеданса системы нагрева в соответствии с входным импедансом объемной среды, которая должна быть нагрета. Например, схема регулировки импеданса может быть выполнена с возможностью регулировки импедансов между выходом системы нагрева и входом объемной среды так, чтобы они находились в требуемом диапазоне относительно друг друга. В некоторых вариантах реализации схема регулировки импеданса выполнена с возможностью регулировки выходного импеданса системы нагрева в соответствии с импедансом объемной среды. Другими словами, схема согласования выполнена с возможностью согласования выходного импеданса блока преобразования сигнала («источника») с импедансом целевой области («нагрузки») в пределах разумных технических допусков. В некоторых вариантах реализации согласование импедансов источника и нагрузки включает в себя регулировку импеданса источника системы нагрева таким образом, чтобы он был комплексно-сопряженным с импедансом объемной среды. В некоторых вариантах реализации схема регулировки импеданса регулируется так, чтобы выходной импеданс системы нагрева находился в пределах 10-30% от импеданса объемной среды, которая должна быть нагрета.In some embodiments, the heating system has an impedance control circuit configured to adjust the output impedance of the heating system to desired levels. For example, the impedance adjustment circuit may be configured to adjust the output impedance of the heating system in accordance with the input impedance of the bulk medium to be heated. For example, the impedance adjustment circuit may be configured to adjust the impedances between the heating system outlet and the bulk fluid inlet so that they are within a desired range relative to each other. In some embodiments, the impedance adjustment circuit is configured to adjust the output impedance of the heating system in accordance with the impedance of the bulk medium. In other words, the matching circuit is configured to match the output impedance of the signal conditioning unit (the "source") to the impedance of the target area (the "load") within reasonable engineering tolerances. In some implementations, matching source and load impedances includes adjusting the source impedance of the heating system so that it is complex conjugate to the impedance of the bulk medium. In some embodiments, the impedance control circuit is adjusted so that the output impedance of the heating system is within 10-30% of the impedance of the bulk medium to be heated.
Фиг. 12 представляет собой концептуальное схематическое изображение схемы 1200 регулировки между источником 1210 и нагрузкой 1220. На Фиг. 12 показана схема регулировки, получающая входное питание от блока преобразования сигнала («источника») через входной порт, импеданс которого отрегулирован в соответствии с выходным сигналом блока преобразования сигнала, и выводит питание на целевые области («нагрузка») через выходной порт, импеданс которого отрегулирован в соответствии с целевыми областями.Fig. 12 is a conceptual schematic of an adjustment circuit 1200 between source 1210 and load 1220. FIG. 12 shows an adjustment circuit that receives input power from a signal conditioning unit (a "source") through an input port whose impedance is adjusted to match the output signal of a signal conditioning unit, and outputs power to target areas (a "load") through an output port whose impedance is adjusted according to target areas.
В общем, в случае сигнала переменного тока, когда выходной импеданс источника не соответствует импедансу нагрузки, часть сигнала, переданного от источника нагрузке, отражается обратно в источник, а не проходит через нагрузку. В некоторых вариантах реализации схема регулировки импеданса может обеспечивать ряд преимуществ за счет предотвращения отражения сигнала и наращивания стоячей волны напряжения, в том числе:In general, in the case of an AC signal, when the output impedance of the source does not match the impedance of the load, part of the signal transmitted from the source to the load is reflected back to the source rather than passing through the load. In some implementations, the impedance adjustment circuit can provide a number of benefits by preventing signal reflection and voltage standing wave buildup, including:
- Уменьшение напряжения при вероятности нагрева и электрической дуги- Decrease voltage when there is a possibility of heating and electric arc
- Повышение эффективности системы нагрева- Improving the efficiency of the heating system
- Уменьшение полной выходной мощности, которая требуется от блока преобразования сигнала, и, следовательно, уменьшение размера, веса и стоимости блока преобразования сигнала- Reducing the total output power required from the signal conditioning unit, and therefore reducing the size, weight and cost of the signal conditioning unit
- Снижение нагрузки на компоненты системы- Reduced load on system components
- Повышение надежности- Improved reliability
- Уменьшение температурных градиентов в кабельной разводке и объемной среде.- Reduced temperature gradients in cabling and bulk environments.
В некоторых вариантах реализации выходной импеданс блока преобразования сигнала выше, чем импеданс целевых областей. В этом случае схема регулировки преобразует питание с относительно высоким напряжением и низким током от блока преобразования сигнала в питание с относительно низким напряжением и высоким током, подаваемое на целевые области. В вариантах реализации это означает, что высокий ток подается только после схемы регулировки и, таким образом, ближе к целевой области, что снижает джоулевы потери в остальной части блока преобразования сигнала и повышает общую эффективность системы нагрева.In some implementations, the output impedance of the signal conditioning block is higher than the impedance of the target areas. In this case, the adjustment circuit converts the relatively high voltage, low current power from the signal conditioning unit into a relatively low voltage, high current power supplied to the target areas. In embodiments, this means that the high current is applied only after the regulation circuit and thus closer to the target area, which reduces the Joule loss in the rest of the signal conditioning block and improves the overall efficiency of the heating system.
В различных вариантах реализации схема регулировки может быть либо централизованной, либо распределенной по всем целевым областям. Распределение схемы регулировки может позволить кабельной разводке служить в качестве фильтра, что потенциально снижает пиковое напряжение, пиковый ток и/или температурные воздействия на любой заданный компонент. Распределение также может добавить модульности конструкции системы, что может повысить удобство обслуживания/замены деталей. Кроме того, распределение потенциально позволяет исключить из системы чувствительное оборудование и/или взрывоопасные области, например, топливные баки.In various implementations, the adjustment scheme may be either centralized or distributed across all target areas. The distribution of regulation circuitry can allow cabling to serve as a filter, potentially reducing peak voltage, peak current, and/or thermal effects on any given component. Distribution can also add modularity to the system design, which can improve ease of maintenance/part replacement. In addition, distribution has the potential to exclude sensitive equipment and/or explosive areas, such as fuel tanks, from the system.
Кроме того, в некоторых вариантах реализации схема регулировки может быть сбалансирована путем включения дополнительных емкостных компонентов и заземления средних точек симметрии в схеме. При приведении в действие от полностью дифференциального источника балансировка схемы может обеспечить высокий уровень ослабления синфазного сигнала и лучшую помехоустойчивость. В некоторых вариантах реализации такой баланс не достигается, и конец обратного пути схемы регулировки находится на заземлении цепи.In addition, in some implementations, the control circuit can be balanced by including additional capacitive components and grounding the midpoints of symmetry in the circuit. When driven from a fully differential source, circuit balancing can provide high common-mode rejection and better noise immunity. In some implementations, this balance is not achieved and the end of the return path of the control circuit is at circuit ground.
В общем, в некоторых вариантах реализации схемы регулировки могут включать в себя пассивные электронные компоненты, расположенные в определенных конфигурациях структурных блоков. Например, эти конфигурациях структурных блоков могут включать в себя трансформаторы, L-образные схемы, π-образные схемы, T-образные схемы и другие конфигурации. Фиг. 13A-D представляют собой схематические изображения примерных структурных блоков схемы регулировки импеданса.In general, in some embodiments, control circuits may include passive electronic components located in certain building block configurations. For example, these building block configurations may include transformers, L-shaped circuits, π-shaped circuits, T-shaped circuits, and other configurations. Fig. 13A-D are schematic illustrations of exemplary building blocks of an impedance adjustment circuit.
В некоторых вариантах реализации схема регулировки системы нагрева включает в себя подблок пассивной регулировки. Фиг. 14 представляет собой схематическое изображение примерного блока 1400 схемы регулировки, включающего в себя подблок 1410 пассивной регулировки. В некоторых вариантах реализации подблок пассивной регулировки может включать в себя одну или более конфигураций структурных блоков, описанных выше, а также другие конфигурации, собранные вместе. В некоторых вариантах реализации пассивные электронные компоненты подблока пассивной регулировки выбраны с учетом высоких показателей качества, например, для повышения эффективности схемы.In some embodiments, the heating system control circuitry includes a passive control sub-unit. Fig. 14 is a schematic diagram of an exemplary control circuit block 1400 including a passive control sub-block 1410. In some embodiments, the passive adjustment subunit may include one or more of the building block configurations described above, as well as other configurations put together. In some embodiments, the passive electronic components of the passive adjustment subunit are selected for high performance, for example, to improve the efficiency of the circuit.
В некоторых вариантах реализации схема регулировки системы нагрева может быть выполнена так, чтобы она имела высокий показатель качества или низкий показатель качества. Схемы регулировки с высоким показателем качества могут использоваться для фильтрации гармоник в сигнале. Фильтрация может быть предпочтительна в конструкции коммутирующего усилителя, поскольку в этом случае содержание гармоник может выше, чем в случае линейного усилителя. Однако схемы с высоким показателем качества могут быть более чувствительны к допускам деталей, эксплуатационным изменениям во внешних условиях, вариациям сборки и любым другим изменениям в системе. Таким образом, системы с высоким показателем качества могут повлечь за собой практические проблемы при реализации систем. Например, если в случае противообледенительной системы крыла летательного аппарата система имеет высокий показатель качества, настойки схемы регулировки импеданса могут сбиваться из-за незначительных возмущений (например, перемещения закрылков), что вызывает вероятность отказа. Снижение содержания гармоник за пределами основной частоты возбуждения может быть предпочтительно для официальной сертификации, а также для решения практических задач проектирования, включая содержание паразитных сигналов в конструкции, перенапряжение компонентов (либо при пиковых нагрузках, либо при усредненных нагрузках), нестабильность алгоритма управления и т.д. В некоторых случаях можно уменьшить или даже исключить эти проблемы чувствительности за счет использования элементов с динамической настройкой.In some embodiments, the heating system control circuit may be configured to have a high quality score or a low quality score. High quality control circuits can be used to filter harmonics in the signal. Filtering may be preferred in the design of a switching amplifier, since in this case the harmonic content may be higher than in the case of a linear amplifier. However, circuits with a high quality score may be more sensitive to part tolerances, operational environmental changes, assembly variations, and any other changes to the system. Thus, systems with a high quality score can lead to practical problems in the implementation of the systems. For example, if in the case of an aircraft wing anti-icing system, the system has a high quality factor, the impedance control circuit settings may be misaligned due to minor perturbations (eg, flap movement), causing the possibility of failure. Reduction of harmonics beyond the fundamental drive frequency may be advantageous for official certification as well as for practical design problems, including spurious content in the design, overvoltage of components (either at peak loads or at average loads), instability of the control algorithm, etc. d. In some cases, these sensitivity issues can be reduced or even eliminated by using dynamically tuned elements.
В некоторых вариантах реализации конструкция схемы регулировки системы нагрева может быть основана на концепциях регулировки линии передачи. Например, кабельную разводку на входе и/или выходе схемы регулировки можно рассматривать как часть схемы регулировки. В некоторых вариантах реализации за счет выбора правильных материалов, форм-фактора, размеров и длины кабелей можно добиться подходящей регулировки импеданса.In some embodiments, the heating system control circuit design may be based on transmission line control concepts. For example, the cabling at the input and/or output of the control circuit can be considered as part of the control circuit. In some implementations, proper impedance adjustment can be achieved by selecting the correct materials, form factor, sizes, and cable lengths.
В некоторых вариантах реализации схема регулировки системы нагрева представляет собой схему динамической регулировки, включающую в себя подблок активной регулировки и подблок управления. Фиг. 15A представляет собой схематическое изображение примерного блока 1500 схемы регулировки, включающего в себя подблок 1510 активной регулировки и подблок 1520 управления. В некоторых вариантах реализации подблок активной регулировки включает в себя одну или более конфигураций схемы регулировки под управлением подблока управления. В некоторых вариантах реализации пассивные электронные компоненты подблока активной регулировки выбраны с учетом высоких показателей качества, например, для повышения эффективности схемы. В некоторых вариантах реализации подблок управления получает входные данные из сигнала, передаваемого и поступающего из целевых областей (такие как прямая мощность, отраженная мощность или коэффициент стоячей волны напряжения), и динамически управляет подблоком активной регулировки для регулировки настройки импеданса в реальном времени. Например, такое управление может быть достигнуто путем настройки элементов, входящих в конструкцию подблока активной регулировки. Например, элементы с динамической настройкой могут включать в себя настраиваемые конденсаторы и/или настраиваемые индукторы. Кроме того, примеры настраиваемых элементов включают в себя: точечные диоды, конденсаторы из титаната бария-стронция, отдельные настроечные конденсаторы, варакторные диоды, микроэлектромеханические системы, сегнетоэлектрические варакторы, ферромагнитные компоненты, фильтры на основе железоиттриевого граната и т.д. Примерные показатели, которые могут учитываться при оценке таких устройств, включают в себя: диапазон рабочих частот, настройку напряжения постоянного тока, настройку линейности сигнала управления, сложность управления, отношение настройки емкости/индуктивности, скорость настройки, показатель качества (Q), срок службы при переключениях, стоимость упаковки, допустимую мощность, потребляемую мощность, напряжение пробоя, линейность, перехват составляющих третьего порядка, возможность интеграции и т.д.In some embodiments, the heating system control circuit is a dynamic control circuit including an active control sub-block and a control sub-block. Fig. 15A is a schematic diagram of an exemplary control circuit block 1500 including an active control sub-block 1510 and a control sub-block 1520. In some embodiments, the active control subunit includes one or more control circuit configurations under the control of the control subunit. In some embodiments, the passive electronics of the active control subunit are selected for high performance, for example, to improve circuit efficiency. In some implementations, the control subblock receives input from the signal transmitted and received from target areas (such as forward power, reflected power, or voltage standing wave ratio) and dynamically controls the active adjustment subblock to adjust the impedance tuning in real time. For example, such control can be achieved by adjusting the elements included in the design of the active control sub-unit. For example, dynamically tuned elements may include tuned capacitors and/or tuned inductors. In addition, examples of tunable elements include: point diodes, barium strontium titanate capacitors, separate tuning capacitors, varactor diodes, microelectromechanical systems, ferroelectric varactors, ferromagnetic components, yttrium iron garnet filters, etc. Some examples that may be considered in evaluating such devices include: operating frequency range, DC voltage setting, control signal linearity setting, control complexity, capacitance/inductance setting ratio, setting speed, quality factor (Q), service life at switching, packaging cost, power handling, power consumption, breakdown voltage, linearity, 3rd order interception, integration capability, etc.
В некоторых вариантах реализации использование блока управления с обратной связью между целевыми областями и схемой регулировки может позволить схеме адаптироваться к любым внешним изменениям, которые могут повлиять на импеданс целевой области или выходной импеданс блока преобразования сигнала, включая изменения температуры, геометрическую конфигурацию целевых областей, местоположение системы нагрева, окружающую среду системы и целевых областей и другие параметры. В некоторых вариантах реализации схема регулировки дополнительно включает в себя каскад преобразования малой мощности, такой как линейный регулятор, получающий питание от существующих источников питания и преобразующий его в подходящий входной сигнал питания для подблока управления. Фиг. 15B представляет собой схематическое изображение примерного блока 1550 схемы регулировки, включающего в себя подблок 1510 активной регулировки, каскад 1560 преобразования малой мощности и подблок 1520 управления.In some implementations, the use of a feedback control unit between the target areas and the adjustment circuit may allow the circuit to adapt to any external changes that may affect the impedance of the target area or the output impedance of the signal conditioning unit, including changes in temperature, geometry of the target areas, system location. heating, system environment and target areas and other parameters. In some embodiments, the regulation circuitry further includes a low power conversion stage, such as a linear regulator, drawing power from existing power supplies and converting it to a suitable power input for the control subunit. Fig. 15B is a schematic diagram of an exemplary adjustment circuit block 1550 including an active adjustment subunit 1510, a low power conversion stage 1560, and a control subunit 1520.
В некоторых вариантах реализации в целевых областях могут выполняться специальные измерения импеданса для всех конфигураций и условий окружающей среды, покрывающих спектр возможных ситуаций при использовании системы нагрева. Эти измерения могут позволить разработать блок схемы динамической регулировки, адаптированный к наименьшему диапазону импеданса, который позволяет адекватно регулировать импеданс для всего спектра вышеуказанных ситуаций. В некоторых вариантах реализации такая конструкция достигается за счет использования алгоритмической оптимизации или компьютерного моделирования для повышения эффективности системы при снижении веса, сложности и стоимости схемы регулировки.In some implementations, specific impedance measurements can be made in target areas for all configurations and environmental conditions covering a range of possible situations when using a heating system. These measurements may allow the development of a dynamic adjustment circuitry adapted to the smallest impedance range that allows adequate impedance adjustment for the entire range of the above situations. In some embodiments, this design is achieved by using algorithmic optimization or computer simulation to improve system efficiency while reducing the weight, complexity, and cost of the control circuit.
В некоторых вариантах реализации в системе нагрева могут использоваться специальные кабели, специально разработанные или выбранные на каждой ступени с целью повышения эффективности и экранирования сигнала питания, передаваемого на целевые области. Фиг. 16 представляет собой схематическое изображение ступеней кабелей в примерной системе нагрева. В различных вариантах реализации ступени кабелей в системе нагрева могут быть выполнены с учетом особенностей, включая кабели между источниками 1620 питания и блоком 1610 преобразования сигнала (первая ступень 1630 кабелей), кабели в блоке преобразования сигнала между подблоком 1640 преобразования в стандартизированное питание и подблоком 1650 выработки переменного тока (вторая ступень 1660 кабелей), кабели между блоком 1610 преобразования сигнала и схемой 1670 регулировки (третья ступень 1680 кабелей), а также кабели между схемой 1670 регулировки и целевыми областями 1690 (четвертая ступень 1695 кабелей).In some embodiments, the heating system may use special cables specially designed or selected at each stage to improve efficiency and shield the power signal to the target areas. Fig. 16 is a schematic representation of cable stages in an exemplary heating system. In various embodiments, the stages of cables in the heating system can be made taking into account the features, including cables between the power sources 1620 and the signal converter 1610 (the first stage 1630 cables), the cables in the signal converter between the conversion sub-unit 1640 to standardized power and the generation sub-unit 1650 AC (second stage 1660 cables), cables between block 1610 signal conversion and circuit 1670 adjustment (third stage 1680 cables), as well as cables between circuit 1670 regulation and target areas 1690 (fourth stage 1695 cables).
В общем, при проектировании специальных кабелей в системе нагрева важно учитывать различные конструктивные особенности. В некоторых вариантах реализации важно учитывать тепловые особенности. Например, в некоторых вариантах реализации кабель, соединяющий схему регулировки с целевой областью (или в некоторых случаях проходящий вблизи целевой области и возвращающийся в схему регулировки) зафиксирован для обеспечения увеличенного теплового потока от кабеля на целевую область. Это предпочтительно, если часть тепла, вырабатываемого при прохождении тока по кабелям (которое в противном случае было бы потеряно), рекуперируется и передается в целевую область, задачей которой является выработка тепла, что повышает эффективность системы.In general, when designing special cables in a heating system, it is important to take into account various design features. In some implementations, it is important to consider thermal features. For example, in some embodiments, the cable connecting the control circuit to the target area (or in some cases passing near the target area and returning to the control circuit) is fixed to provide increased heat flow from the cable to the target area. This is advantageous if some of the heat generated by current flow through the cables (which would otherwise be lost) is recovered and transferred to the target area, whose task is to generate heat, which increases the efficiency of the system.
В некоторых вариантах реализации кабели могут быть проложены вблизи целевой области с использованием крепежных элементов. В таких случаях для улучшения теплового контакта может использоваться термопаста, обладающая улучшенной теплопроводностью, для заполнения воздушных зазоров на границе раздела между кабелями, крепежными элементами и целевой областью.In some embodiments, cables may be routed near the target area using fasteners. In such cases, thermal compound with improved thermal conductivity can be used to improve thermal contact to fill air gaps at the interface between cables, fasteners, and the target area.
В некоторых вариантах реализации кабели прикреплены непосредственно к целевой области. В таких случаях для улучшения теплового контакта для крепления кабеля к области контакта может использоваться адгезив, обладающий более высокой теплопроводностью. Кроме того, для заполнения некоторых или всех оставшихся воздушных зазоров между кабелем и целевой областью может использоваться термопаста, обладающая более высокой теплопроводностью.In some embodiments, cables are attached directly to the target area. In such cases, a higher thermal conductivity adhesive may be used to secure the cable to the contact area to improve thermal contact. In addition, thermal paste with higher thermal conductivity can be used to fill some or all of the remaining air gaps between the cable and the target area.
В некоторых вариантах реализации могут использоваться кабели с поперечным сечением различной геометрии, а также с разными форм-факторами, в зависимости от блоков, целевых областей или источников питания, к которым подключаются кабели. В некоторых вариантах реализации кабель включает в себя только главный проводник с защитной оболочкой (в том числе для электрической изоляции и/или защиты от окружающей среды, например, коррозии, влажности, экстремальных температур, трения) или без нее. Эта конфигурация может быть предпочтительна для частей системы, по которым будет предаваться сигнал постоянного тока, или которые будут доставлять сигнал в целевую область.In some implementations, cables with different cross-sectional geometries, as well as different form factors, may be used, depending on the units, target areas, or power supplies to which the cables are connected. In some embodiments, the cable includes only the main conductor with or without a protective sheath (including for electrical insulation and/or protection from the environment, eg, corrosion, humidity, extreme temperatures, friction). This configuration may be preferred for parts of the system that will carry a DC signal or that will deliver the signal to the target area.
В некоторых вариантах реализации кабель представляет собой коаксиальный кабель. Коаксиальный кабель может включать в себя экран, который может уменьшать излучение электромагнитных помех при передаче сигнала переменного тока и может защищать от электромагнитных помех, окружающих систему, при передаче любого сигнала.In some embodiments, the cable is a coaxial cable. The coaxial cable may include a shield that can reduce EMI emissions when transmitting an AC signal and can protect against EMI surrounding the system when transmitting any signal.
В некоторых вариантах реализации кабель представляет собой триаксиальный кабель. Эта конструкция может быть предпочтительна для защиты от электромагнитных помех и изоляции при передаче любого сигнала и, в частности, при передаче балансного сигнала, например, на выходе балансного варианта реализации блока схемы регулировки.In some embodiments, the cable is a triaxial cable. This design may be advantageous for EMI protection and isolation in any signal transmission, and in particular in balanced signal transmission, for example, at the output of a balanced implementation of the control circuit block.
В некоторых вариантах реализации кабель представляет собой твинаксиальный кабель. Эта конструкция может иметь те же преимущества, которые обеспечивает триаксиальный кабель.In some embodiments, the cable is a twinaxial cable. This design can have the same benefits as a triaxial cable.
В некоторых вариантах реализации могут использоваться кабели с поперечным сечением разной геометрии в зависимости от блоков, целевых областей или источников питания, к которым подключаются кабели.In some implementations, cables with different cross-sectional geometries may be used depending on the units, target areas, or power supplies to which the cables are connected.
В некоторых вариантах реализации проводник (проводники) кабеля имеет круглое поперечное сечение. Преимуществом этой конструкции является относительно низкая стоимость производства (низкие единовременные затраты на проектирование) в случае коаксиального/триаксиального/твинаксиального форм-фактора.In some embodiments, the cable conductor(s) has a circular cross section. This design has the advantage of relatively low manufacturing cost (low one-time design costs) in the coax/triax/twinax form factor.
В некоторых вариантах реализации поперечное сечение кабеля имеет плоскую и/или прямоугольную форму. Например, это поперечное сечение может быть предпочтительной геометрией кабеля на последней ступени системы, на которой кабель подводит ток к целевой области. На этой ступени прямоугольная форма может позволить снизить влияние эффекта близости и поверхностного эффекта на ток, проходящий по кабелю, что приводит к снижению потерь и повышению эффективности системы. Кроме того, такая геометрия может уменьшить общее количество проводящего материала кабеля и, следовательно, уменьшить вес системы, что является важным аспектом в случае противообледенительной системы летательного аппарата.In some embodiments, the cross section of the cable is flat and/or rectangular. For example, this cross section may be the preferred cable geometry at the last stage of the system, where the cable conducts current to the target area. At this stage, the rectangular shape can reduce the effect of proximity and skin effects on the current flowing through the cable, resulting in lower losses and higher system efficiency. In addition, such a geometry can reduce the total amount of conductive material of the cable and therefore reduce the weight of the system, which is an important aspect in the case of an aircraft anti-icing system.
В некоторых вариантах реализации в зависимости от конкретного входного и выходного тока и сигналов, передаваемых по кабелю, а также в зависимости от геометрии поперечного сечения и других факторов, размер поперечного сечения может быть выбран так, чтобы ограничивать рабочие температуры до определенного диапазона (например, в соответствии и в зависимости от материалов, используемых для изготовления кабеля), а также чтобы уменьшить вес и размер.In some implementations, depending on the particular input and output current and signals carried on the cable, as well as depending on the geometry of the cross section and other factors, the size of the cross section can be chosen to limit operating temperatures to a certain range (for example, in according to and depending on the materials used for the manufacture of the cable), as well as to reduce weight and size.
В некоторых вариантах реализации может использоваться экранирование кабеля разных типов (и с разной геометрией поперечного сечения) в зависимости от блоков, целевых областей или источников питания, к которым подключаются кабели.In some implementations, different cable shield types (and cross-sectional geometries) may be used depending on the units, target areas, or power supplies to which the cables are connected.
В некоторых вариантах реализации кабель не имеет экранирования. Это наиболее предпочтительно на ступенях, на которых передается постоянный ток (и, следовательно, имеются более низкие требования к устранению электромагнитных помех), и на которых отсутствует необходимость прокладывания обратного пути (например, на более поздней ступени системы в варианте реализации, в котором по целевой области проходит обратный ток, и близлежащий кабель подает этот ток на целевую область).In some embodiments, the cable is not shielded. This is most preferred in stages that carry direct current (and hence have lower EMI requirements) and where there is no need for a return path (e.g., a later stage of the system in an implementation where the target area is reversed, and a nearby cable supplies this current to the target area).
В некоторых вариантах реализации используется одинарное экранирование. Это предпочтительно, например, когда достаточно одного слоя экранирования для соответствия кабеля требованиям к электромагнитным помехам/электромагнитной совместимости, а также другим экологическим требованиям.In some implementations, single shielding is used. This is preferred, for example, when a single layer of shielding is sufficient to meet EMI/EMC requirements as well as other environmental requirements.
В некоторых вариантах реализации используется двойное экранирование. При этом добавляется еще один экранирующий слой, который, например, может дополнительно уменьшать излучение электромагнитных помех и снижать чувствительность кабеля к электромагнитным помехам.In some implementations, double shielding is used. This adds another shielding layer, which, for example, can further reduce the emission of electromagnetic interference and reduce the sensitivity of the cable to electromagnetic interference.
В некоторых вариантах реализации используется экранирование тремя или более слоями. При этом добавляются дополнительные экранирующие слои, аналогичные указанным выше.In some embodiments, shielding with three or more layers is used. In this case, additional shielding layers are added, similar to those indicated above.
В некоторых вариантах реализации для заданной целевой области кабели, подводящие ток к этой области, могут проходить по разным возможным путям.In some embodiments, for a given target area, the cables carrying current to that area may follow different possible paths.
В некоторых вариантах реализации кабели просто проходят по приблизительно прямолинейным путям от одной стороны целевой области до другой. В некоторых случаях эти пути могут быть параллельными. В некоторых вариантах реализации кабели могут проходить через целевую область по диагонали, пересекаясь друг с другом в разных местах целевой области. Это, например, обеспечивает более равномерную выработку тепла по всей поверхности целевой области и позволяет создавать относительно более горячие точки в необходимых местах, где кабели пересекаются друг с другом.In some embodiments, the cables simply follow approximately straight paths from one side of the target area to the other. In some cases, these paths may be parallel. In some embodiments, the cables may run diagonally through the target area, crossing each other at different locations in the target area. This, for example, provides more uniform heat generation over the entire surface of the target area and allows relatively hot spots to be created at the desired locations where cables cross each other.
В некоторых вариантах реализации кабели проходят по зигзагообразному пути, серпантинному пути или по пути, который может быть смоделирован двумерными сплайновыми кривыми. Эта конструкция позволяет повысить эффективность системы за счет удлинения пути, по которому проходит ток, проходящий через целевую область, и, следовательно, дополнительно увеличить эффективное сопротивление. Это, например, позволяет достичь более высокой эффективности, более низкого тока и более стабильной регулировки импеданса в системе.In some embodiments, the cables run in a zigzag path, a serpentine path, or a path that can be modeled with 2D spline curves. This design improves the efficiency of the system by lengthening the path that the current passes through the target area and hence further increasing the effective resistance. This, for example, makes it possible to achieve higher efficiency, lower current and more stable impedance control in the system.
В некоторых вариантах реализации конструкции путей кабеля основаны на комбинации вышеописанных, а также других вариантов.In some embodiments, cable path designs are based on a combination of the above as well as others.
В некоторых вариантах реализации в зависимости от конструкции, ступени и назначения кабеля при его изготовлении могут использоваться разные материалы.In some embodiments, depending on the design, stage and purpose of the cable, different materials can be used in its manufacture.
В зависимости от требований к локальному напряжению, току, температуре, мощности, радиусу изгиба и износостойкости, а также других критериев, материалы проводников кабелей могут быть выбраны для повышения эффективности, улучшения электропроводности, уменьшения веса, стоимости и размера и улучшения тепловых характеристик.Depending on local voltage, current, temperature, power, bend radius and wear resistance requirements, among other criteria, cable conductor materials can be selected to improve efficiency, improve electrical conductivity, reduce weight, cost and size, and improve thermal performance.
В некоторых вариантах реализации материал проводника может представлять собой медь, серебро, алюминий, углепластик, титан или их сплав. В некоторых вариантах реализации проводник выполнен из любого из вышеуказанных материалов и покрыт другими материалами, например, серебряным покрытием для улучшения проводимости оболочки проводника.In some embodiments, the conductor material may be copper, silver, aluminum, carbon fiber, titanium, or an alloy thereof. In some embodiments, the conductor is made from any of the above materials and coated with other materials, such as silver plating, to improve the conductivity of the conductor sheath.
В некоторых вариантах реализации проводники могут быть выполнены из монолитных материалов или могут быть скручены. Например, в некоторых вариантах реализации все жилы могут бы изолированы друг от друга с использованием изолирующего покрытия, например, эмали. Например, для снижения влияния поверхностного эффекта и эффекта близости в кабеле может использоваться литцендрат.In some embodiments, the conductors may be made from monolithic materials or may be stranded. For example, in some embodiments, all of the strands could be insulated from each other using an insulating coating, such as enamel. For example, a litz wire can be used to reduce skin and proximity effects in a cable.
В некоторых вариантах реализации (например, в случае коаксиальных/триаксиальных/твинаксиальных кабелей) в зависимости от требований к локальному напряжению, току, температуре, мощности, радиусу изгиба и износостойкости, а также других критериев, могут быть выбраны диэлектрические материалы кабелей для улучшения таких параметров, как эффективность (например, за счет снижения диэлектрических потерь), вес, стоимость, гибкость, максимальное допустимое отклонение напряжения, максимальное допустимое отклонение мощности, температурный номинал (за счет выдерживания более высоких температур, и/или более высокой теплоемкости, и/или меньших диэлектрических потерь, и/или лучшей теплопроводности кабеля).In some implementations (for example, in the case of coaxial / triaxial / twinaxial cables), depending on the requirements for local voltage, current, temperature, power, bending radius and wear resistance, as well as other criteria, cable dielectric materials can be selected to improve such parameters. such as efficiency (for example, by reducing dielectric losses), weight, cost, flexibility, maximum voltage tolerance, maximum power tolerance, temperature rating (by withstanding higher temperatures, and/or higher heat capacity, and/or lower dielectric losses, and/or better thermal conductivity of the cable).
В некоторых вариантах реализации, в которых в блоке схемы регулировки используется регулировка линии передачи, в соответствующих кабелях могут использоваться диэлектрические материалы, также выбранные для достижения необходимых уровней импеданса. Примерные материалы включают в себя материалы на основе полиэтилена и тефлона, а также другие материалы.In some implementations that use transmission line trim in the control circuit block, the associated cables may use dielectric materials also selected to achieve the desired impedance levels. Exemplary materials include polyethylene and Teflon based materials, as well as other materials.
В некоторых вариантах реализации в зависимости от требований к локальному напряжению, току, температуре, мощности, радиусу изгиба и износостойкости, а также других критериев, материалы оболочек кабелей выбраны для улучшения таких параметров, как вес, стоимость, гибкость, максимальное допустимое отклонение напряжения, температурный номинал и теплопроводность в отношении ближайших теплоотводов (например, целевой области, когда она используется в качестве теплоотвода).In some implementations, depending on the requirements for local voltage, current, temperature, power, bend radius and wear resistance, and other criteria, cable sheath materials are selected to improve parameters such as weight, cost, flexibility, maximum voltage tolerance, temperature rating and thermal conductivity in relation to nearby heatsinks (for example, the target area when it is used as a heatsink).
В некоторых вариантах реализации в случае использования регулировки линии передачи в рамках схемы регулировки можно регулировать длину кабеля, используемого для регулировки импеданса, в дополнение к диэлектрическим материалам, для достижения целевого уровня импеданса. Например, кабель, подводящий ток к целевой области, используется как часть системы регулировки линии передачи, при этом его длина увеличивается для регулировки импеданса, и кабель локально сматывается, чтобы занимать меньше места.In some implementations, when using transmission line adjustment within the adjustment scheme, the length of the cable used for impedance adjustment, in addition to dielectric materials, can be adjusted to achieve the target impedance level. For example, a cable carrying current to a target area is used as part of a transmission line adjustment system, whereby its length is increased to adjust the impedance, and the cable is wound locally to take up less space.
В некоторых вариантах реализации могут использоваться особые технологии крепления для прокладывания кабелей через конструкцию системы. Такие технологии могут быть выбраны для улучшения таких параметров, как стоимость и время установки, вес системы (за счет уменьшения необходимой длины провода и веса крепежных элементов), а также для улучшения необходимых электромагнитных эффектов и теплопередачи кабелей вблизи целевой области.In some implementations, specific fastening techniques may be used to route cables through the system structure. Such technologies can be chosen to improve such parameters as installation cost and time, system weight (by reducing the required wire length and fastener weight), as well as to improve the required electromagnetic effects and heat transfer of cables near the target area.
В некоторых вариантах реализации крепежный элемент выбран для уменьшения расстояния между кабелем, подводящим питание к целевой области, и целевой областью. Эта конструкция может создавать более выраженный эффект близости. В некоторых вариантах реализации в случае небольшого расстояния между кабелем и целевой областью могут быть выбраны обычные конструкции крепежных элементов кабеля.In some embodiments, the fastener is chosen to reduce the distance between the cable supplying power to the target area and the target area. This design can create a more pronounced proximity effect. In some implementations, in the case of a small distance between the cable and the target area, conventional designs of cable fasteners can be chosen.
В некоторых вариантах реализации крепежные элементы также используются для увеличения теплопроводности от кабелей к целевой области.In some embodiments, fasteners are also used to increase thermal conductivity from cables to the target area.
В некоторых вариантах реализации материалы крепежных элементов выбраны для снижения веса и стоимости системы. Это может быть достигнуто, например, при использовании композитных материалов. В некоторых вариантах реализации, в которых крепежные элементы также используются для подвода тепла к целевой области, материалы также выбраны для увеличения теплопроводности (металлы, например, обычно имеют относительно высокую теплопроводность).In some embodiments, fastener materials are selected to reduce the weight and cost of the system. This can be achieved, for example, by using composite materials. In some embodiments where fasteners are also used to deliver heat to the target area, materials are also chosen to increase thermal conductivity (metals, for example, typically have relatively high thermal conductivity).
В некоторых вариантах реализации адгезивы, используемые для крепления крепежных элементов к областям крепления, выбраны для повышения прочности и обеспечения долговременного крепления к целевой области. Прочность адгезива особенно предпочтительна в случае, когда область крепления относительно мала, а механические ограничения, создаваемые в области крепления, относительно высоки. Кроме того, в некоторых вариантах реализации, в которых крепежные элементы используются для подвода тепла от кабеля к целевой области, адгезив также выбран для увеличения теплопроводности.In some embodiments, the adhesives used to secure the fasteners to the attachment areas are selected to increase strength and provide long-term attachment to the target area. The strength of the adhesive is particularly advantageous when the bonding area is relatively small and the mechanical constraints imposed on the bonding area are relatively high. In addition, in some embodiments where fasteners are used to transfer heat from the cable to the target area, an adhesive is also selected to increase thermal conductivity.
Наконец, в некоторых вариантах реализации, в которых крепежные элементы используются для подвода тепла от кабеля к целевой области, воздушные зазоры в области между кабелем, крепежными элементами и целевой областью заполнены термопастой, обладающей достаточной теплопроводностью для обеспечения улучшенного потока тепла от кабеля в целевую область.Finally, in some embodiments where fasteners are used to transfer heat from the cable to the target area, the air gaps in the area between the cable, the fasteners, and the target area are filled with thermal paste having sufficient thermal conductivity to provide improved heat flow from the cable to the target area.
В некоторых вариантах реализации кабели прикреплены непосредственно к окружающим конструкциям, таким как объемная среда, с использованием адгезива, что обеспечивает лучшую теплопередачу от кабеля на конструкцию, к которой он прикреплен. Адгезивы выбраны на основе критериев, аналогичных критериям, используемым для крепежных элементов.In some embodiments, cables are attached directly to surrounding structures, such as a bulk environment, using an adhesive, which allows for better heat transfer from the cable to the structure to which it is attached. Adhesives are selected based on criteria similar to those used for fasteners.
В некоторых вариантах реализации конструкции кабельных узлов предусматривают разделение заданного пути кабеля на группу из двух или более отдельных ответвлений. Это, например, предпочтительно в вариантах реализации, в которых одна схема регулировки подает ток на группу из нескольких целевых областей. В таких вариантах реализации один кабель может быть единственным выходом схемы регулировки, и по мере приближения к целевым областям кабель может разделяться на отдельные ответвления, каждое из которых подводит ток к целевым областям. В некоторых вариантах реализации такое разделение может быть достигнуто путем разделения заданной жилы проводника на несколько меньших жил путем распределения подмножества жил в каждое из отдельных ответвлений, когда разделенный кабель имеет многожильный проводник, или путем использования делителя мощности. Делитель мощности может использоваться для управления величиной тока, напряжения и мощности, подаваемых на каждое из ответвлений, на которые разделен кабель.In some embodiments, cable assemblies are designed to divide a given cable path into a group of two or more separate branches. This is, for example, preferred in embodiments in which one regulation circuit supplies current to a group of several target areas. In such embodiments, one cable may be the only output of the control circuit, and as it approaches the target areas, the cable may split into separate branches, each of which supplies current to the target areas. In some embodiments, such separation can be achieved by dividing a given conductor strand into several smaller strands, by distributing a subset of strands to each of the individual spurs when the split cable has a stranded conductor, or by using a power divider. A power divider can be used to control the amount of current, voltage and power supplied to each of the taps into which the cable is divided.
Аналогичным образом в некоторых вариантах реализации два или более кабелей могут соединяться в меньшее количество кабелей, которые объединяют сигналы, поступающие от всех соединенных кабелей. Такое соединение может быть достигнуто путем соединения заданных жил проводника с другими жилами путем перегруппировки разных подмножеств жил в новые многожильные кабели, или путем использования сумматора мощности (например, устройства, аналогичного делителю мощности, но используемого противоположным образом). Сумматор мощности может использоваться для управления величиной тока, напряжения и мощности, подаваемых в каждое из ответвлений, в которые соединились кабели.Similarly, in some embodiments, two or more cables may be connected to form a smaller number of cables that combine the signals from all connected cables. Such a connection can be achieved by connecting given conductor strands to other strands, by rearranging different subsets of strands into new stranded cables, or by using a power combiner (eg, a device similar to a power divider but used in the opposite way). A power combiner can be used to control the amount of current, voltage, and power supplied to each of the spurs into which the cables are connected.
В некоторых вариантах реализации каждая ступень кабелей в системе нагрева имеет уникальные конструктивные особенности кабелей.In some embodiments, each cable rung in the heating system has unique cable design features.
В некоторых вариантах реализации первая ступень кабелей выбрана так, чтобы обеспечивать эффективную передачу питания от источников питания в подблок преобразования в стандартизированное питание. В некоторых вариантах реализации, в которых источники питания выдают постоянный электрический ток, первая ступень кабелей включает в себя многожильный медный провод, изолированный подходящим материалом, общий эквивалентный калибр которого подходит для мощности, напряжения и тока, подаваемых в подблок преобразования в стандартизированное питание. В некоторых вариантах реализации, в которых источники питания выдают сигнал 400 Гц, 115 В переменного тока, первая ступень кабелей включает в себя многожильный и скрученный медный провод, изолированный подходящим материалом, общий эквивалентный калибр которого подходит для мощности, напряжения и тока, подаваемых в подблок преобразования в стандартизированное питание.In some embodiments, the first stage of cabling is selected to efficiently transfer power from the power supplies to the standardized power conversion subunit. In some embodiments where the power supplies provide DC electrical current, the first stage of cables includes a stranded copper wire insulated with a suitable material, the overall equivalent gauge of which is suitable for the power, voltage, and current supplied to the standardized power conversion subunit. In some implementations where the power supplies provide a 400 Hz, 115 VAC signal, the first stage of cables includes stranded and stranded copper wire insulated with a suitable material, the overall equivalent gauge of which is suitable for the power, voltage, and current supplied to the subunit. conversion to standardized nutrition.
В некоторых вариантах реализации вторая ступень кабелей выбрана так, чтобы обеспечивать эффективную передачу питания от подблока преобразования в стандартизированное питание в подблок выработки переменного тока. В некоторых вариантах реализации, в которых подблок преобразования в стандартизированное питание выдает питание в виде сигнала 250 В постоянного тока, вторая ступень кабелей включает в себя многожильный медный провод, изолированный подходящим материалом, общий эквивалентный калибр которого подходит для мощности, напряжения и тока, подаваемых в подблок преобразования в стандартизированное питание.In some embodiments, the second run of cables is selected to efficiently transfer power from the standardized power conversion subunit to the AC generation subunit. In some implementations in which the power conversion subunit provides power as a 250 VDC signal, the second stage of cables includes stranded copper wire insulated with a suitable material, the overall equivalent gauge of which is suitable for the power, voltage, and current supplied to the subunit conversion to standardized power.
В некоторых вариантах реализации третья ступень кабелей выбрана и адаптирована так, чтобы обеспечивать эффективную передачу высокочастотного сигнала питания переменного тока от выхода блока преобразования сигнала в схему регулировки. Например, кабель может быть выполнен с возможностью уменьшения омических и электромагнитных потерь, обусловленных высокой частотой сигнала, и может быть экранирован от внешних помех, которые могут нарушить целостность сигнала, а также для предотвращения утечки сигнала из кабеля, которая может повлиять на окружающее оборудование и материалы. В некоторых вариантах реализации третья ступень кабелей представляет собой линию передачи высокой мощности и высокой частоты в виде специального коаксиального кабеля. В некоторых вариантах реализации коаксиальный кабель включает в себя проводник с сердечником, по которому проходит входной сигнал схемы регулировки, и который выполнен из многожильного медного провода, достаточно большого внешнего диаметра, что позволяет передавать питание с меньшими омическими потерями, диэлектрический материал, окружающий сердечник, выбранный для улучшения электрической изоляции и выдерживания диапазонов высокого напряжения и температуры, экранирующий проводник, обеспечивающий обратный путь сигнала в подблок выработки переменного тока, выполненный из многожильного и плетеного медного провода, достаточно большого эквивалентного калибра, что позволяет передавать питание с меньшими омическими потерями, первый кожух, изолирующий проводящий экран, выбранный для выдерживания диапазонов высокого напряжения и температуры, внешний экран, аналогичный проводящему экрану, но непосредственно не проводящий ток и используемый для экранирования кабеля от внешних помех и для предотвращения утечки, и, наконец, второй кожух, аналогичный первому кожуху и изолирующий внешний экран.In some embodiments, the third stage of cables is selected and adapted to efficiently carry the high frequency AC power signal from the output of the signal conditioner to the control circuit. For example, the cable can be designed to reduce ohmic and electromagnetic losses caused by high signal frequency and can be shielded from external interference that can compromise signal integrity, as well as to prevent signal leakage from the cable that can affect surrounding equipment and materials. . In some embodiments, the third stage of cables is a high power and high frequency transmission line in the form of a special coaxial cable. In some implementations, the coaxial cable includes a core conductor carrying the input signal of the control circuit, and which is made of stranded copper wire of sufficiently large outer diameter to allow power to be transmitted with less ohmic loss, a dielectric material surrounding the core, selected to improve electrical isolation and withstand high voltage and temperature ranges, a shield conductor providing a signal return path to the AC generation sub-unit, made of stranded and braided copper wire of a sufficiently large equivalent gauge to allow power to be transmitted with less ohmic loss, the first casing, an insulating conductive shield selected to withstand high voltage and temperature ranges, an outer shield similar to the conductive shield but not directly conducting current and used to shield the cable from external interference and to prevent leakage, and finally a second jacket similar to the first jacket and insulating external screen.
В некоторых вариантах реализации четвертая ступень кабелей выбрана и адаптирована так, чтобы обеспечивать эффективную передачу сигнала питания переменного тока высокой частоты и высокого тока от схемы регулировки на целевые области. В некоторых вариантах реализации этот кабель выполнен с возможностью регулировки импеданса между схемой регулировки и целевыми областями для уменьшения омических и электромагнитных потерь, обусловленных высокой частотой сигнала, и может быть экранирован от внешних помех, которые могут нарушить целостность сигнала, а также для предотвращения утечки сигнала из кабеля, которая может повлиять на окружающее оборудование и материалы. В некоторых вариантах реализации четвертая ступень кабелей представляет собой линию передачи высокой мощности, высокой частоты и высокого тока в виде специального коаксиального кабеля, аналогичную варианту реализации, описанному выше в отношении третьей ступени кабелей, за исключением больших сечений и диаметров проводников и дополнительного серебряного покрытия тех же проводников для улучшения характеристик при высоком токе и дополнительного снижения омических потерь. В некоторых вариантах реализации четвертая ступень кабелей дополнительно адаптирована на основе литцендрата. Назначением такой конструкции является снижение потерь из-за эффекта близости и поверхностного эффекта в кабелях за счет изготовления проводников из материалов, более тонких, чем глубина скин-слоя, отдельно изолированных (например, с использованием эмалевого покрытия) и скрученных или сплетенных с идеальной симметрией.In some embodiments, the fourth stage of cables is selected and adapted to efficiently carry the high frequency, high current AC power signal from the control circuit to the target areas. In some implementations, this cable is configured to adjust the impedance between the control circuit and target areas to reduce ohmic and electromagnetic losses caused by high signal frequency, and can be shielded from external interference that can compromise signal integrity, as well as to prevent signal leakage from cable, which may affect the surrounding equipment and materials. In some implementations, the fourth stage of cables is a high power, high frequency, and high current transmission line in the form of a special coaxial cable, similar to the implementation described above for the third stage of cables, with the exception of larger sections and diameters of conductors and additional silver coating of the same conductors to improve high current performance and further reduce ohmic losses. In some embodiments, the fourth stage of cables is further adapted on a litz wire basis. The purpose of this design is to reduce proximity and skin effect losses in cables by making conductors from materials thinner than skin depth, separately insulated (e.g. using an enamel coating) and twisted or woven with perfect symmetry.
В общем, электроды включают в себя материал, по которому ток будет попадать в целевую область объемной среды и покидать ее. В некоторых вариантах реализации для подключения электродов к объемной среде используется соединитель. Соединитель относится к крепежному приспособлению, соединяющему электроды с объемной средой. В некоторых вариантах реализации электроды и соединители выполнены с возможностью уменьшения контактного сопротивления между электродами и объемной средой. Другими словами, электроды выполнены с возможностью усреднения разности потенциалов, возникающей в целевой области, для заданного обратного пути. Если это контактное сопротивление выше, чем сопротивление целевой области между двумя электродами, в точках контакта будет происходить больший нагрев, чем вдоль целевой области, при прочих равных условиях, что снижает эффективность системы нагрева. В некоторых вариантах реализации по аналогичным причинам электроды и соединители выполнены с возможностью уменьшения контактного сопротивления между электродами и проводами (или кабелями) системы нагрева. В некоторых вариантах реализации электроды и соединители также могут быть выполнены с возможностью уменьшения электромагнитных потерь (например, электромагнитного излучения).In general, the electrodes include a material through which the current will enter and leave the target region of the bulk medium. In some implementations, a connector is used to connect the electrodes to the bulk medium. Connector refers to a fixture that connects the electrodes to the bulk medium. In some embodiments, the electrodes and connectors are configured to reduce the contact resistance between the electrodes and the bulk medium. In other words, the electrodes are configured to average the potential difference occurring in the target area for a given return path. If this contact resistance is higher than the resistance of the target area between the two electrodes, more heating will occur at the points of contact than along the target area, all other things being equal, reducing the efficiency of the heating system. In some embodiments, for similar reasons, the electrodes and connectors are configured to reduce the contact resistance between the electrodes and the wires (or cables) of the heating system. In some embodiments, the electrodes and connectors may also be configured to reduce electromagnetic losses (eg, electromagnetic radiation).
В некоторых вариантах реализации конструктивные особенности электродов для решения одной или более вышеуказанных задач включают в себя: (1) выбор материала электродов, имеющего высокую проводимость, и (2) увеличение «реальной» площади контакта между электродами и объемной средой, а также между электродами и проводами. «Реальная» область контакта относится к едва заметному контакту между металлами или между материалами, за счет которого ток перетекает с одного материала на другой, часто называемого «точками проводящего контакта». В некоторых вариантах реализации соединители также выполнены с возможностью решениях этих задач.In some embodiments, electrode design features for solving one or more of the above objectives include: (1) selecting an electrode material that is highly conductive, and (2) increasing the "real" contact area between the electrodes and the bulk medium, as well as between the electrodes and wires. The "real" contact area refers to the subtle contact between metals or between materials whereby current flows from one material to another, often referred to as "points of conductive contact". In some embodiments, the connectors are also configured to accomplish these tasks.
В некоторых вариантах реализации материал электродов может включать в себя серебро, медь, алюминий, углепластик, титан или их сплав.In some embodiments, the electrode material may include silver, copper, aluminum, carbon fiber, titanium, or an alloy thereof.
В некоторых вариантах реализации электроды являются частью кабелей, используемых для передачи тока на объемную среду.In some embodiments, the electrodes are part of the cables used to transmit current to the bulk medium.
В некоторых вариантах реализации геометрия электродов выполнена в соответствии с конкретной целевой областью, и/или для уменьшения контактного сопротивления между электродами и объемной средой, и/или для уменьшения электромагнитных потерь.In some embodiments, the geometry of the electrodes is made in accordance with a particular target area, and/or to reduce the contact resistance between the electrodes and the bulk medium, and/or to reduce electromagnetic losses.
В некоторых вариантах реализации электроды могут иметь круглую форму.In some embodiments, the electrodes may be circular in shape.
В некоторых вариантах реализации электроды имеют форму концов кабелей, используемых для подвода тока к объемной среде.In some embodiments, the electrodes are in the form of the ends of cables used to supply current to the bulk medium.
В некоторых вариантах реализации используются линейные электроды (например, прямоугольные электроды, длина которых больше, чем ширина).In some embodiments, linear electrodes are used (eg, rectangular electrodes that are longer than wide).
В некоторых вариантах реализации используются электроды в форме двумерных сплайновых кривых малой толщины (в третьем пространственном измерении).In some implementations, electrodes are used in the form of two-dimensional spline curves of small thickness (in the third spatial dimension).
В некоторых вариантах реализации проводник кабеля может быть подключен к целевой области путем зажатия между пластиной соединителя и целевой областью. Например, участок стороны пластины соединителя, контактирующий с целевой областью, может быть отфрезерован. Проводник кабеля, посредством которого реализовано подключение к целевой области, может быть расположен в этом отфрезерованном участке. Эта конфигурация позволяет прижать или приклеить пластину соединителя электрода, под которой находится проводник кабеля, без необходимости сгибания соединения для обеспечения надлежащего крепления к целевой области.In some embodiments, the cable conductor may be connected to the target area by being clamped between the connector plate and the target area. For example, the portion of the side of the connector plate in contact with the target area may be milled. The cable conductor, through which the connection to the target area is realized, can be located in this milled area. This configuration allows the electrode connector plate to be pressed or glued under which the cable conductor resides without the need to bend the connection to ensure proper attachment to the target area.
В общем, предусмотрены различные реализации и конструктивные особенности электродов и соединителей.In general, various implementations and design features of electrodes and connectors are envisaged.
Фиг. 17 представляет собой изображение примерного электрода 1700 со шпилькой круглого сечения для системы 100 нагрева. Электрод включает в себя шпильку заземления круглого сечения, соединенную с диском 1710, выполненным из проводящего материала (например, алюминия), на котором установлен резьбовой проводящий материал 1720 (например, алюминий).Fig. 17 is an illustration of an exemplary stud electrode 1700 for heating system 100. The electrode includes a circular ground stud coupled to a disk 1710 made of a conductive material (eg, aluminum) on which a threaded conductive material 1720 (eg, aluminum) is mounted.
В некоторых вариантах реализации проводник кабеля, соединенный с целевой областью посредством электрода 1700, равномерно намотан вокруг резьбового проводящего материала 1720, покрывая значительный участок площади поверхности как резьбового проводящего материала, так и диска. В некоторых вариантах реализации для прижатия проводника к диску 1710 на резьбовом материале 1720 может использоваться гайка и шайба, что обеспечивает большую площадь контакта и меньшее контактное сопротивление.In some embodiments, the cable conductor connected to the target area via electrode 1700 is evenly wrapped around the threaded conductive material 1720, covering a significant portion of the surface area of both the threaded conductive material and the disk. In some embodiments, a nut and washer may be used to press the conductor against disc 1710 on threaded material 1720, resulting in a larger contact area and less contact resistance.
В некоторых вариантах реализации воздушные зазоры между шайбой, кабелем и диском 1710 заполнены с электропроводящей и/или теплопроводящей термопастой, что обеспечивает улучшенную теплопроводность и/или электропроводность от кабеля на шпильку 1700.In some embodiments, the air gaps between the washer, cable, and disc 1710 are filled with electrically conductive and/or thermally conductive thermal grease, which provides improved thermal and/or electrical conductivity from the cable to the stud 1700.
В некоторых вариантах реализации электрод 1700 со шпилькой круглого сечения прикреплен к целевой области с использованием специально выбранного адгезива, который обладает достаточной электропроводностью и теплопроводностью для передачи тепла и электрического сигнала от кабеля на целевую область. В некоторых вариантах реализации адгезив также обладает достаточной прочностью, чтобы выдерживать крутящий момент, создаваемый гайкой и шайбой.In some embodiments, the stud electrode 1700 is attached to the target area using a specially selected adhesive that has sufficient electrical and thermal conductivity to transfer heat and electrical signal from the cable to the target area. In some embodiments, the adhesive also has sufficient strength to withstand the torque generated by the nut and washer.
В некоторых вариантах реализации соединитель представляет собой U-образное приспособление, прикрепленное к объемной среде и электродам таким образом, что между электродом и объемной средой создается значительное сопротивление сжатию.In some embodiments, the connector is a U-shaped fixture attached to the bulk medium and the electrodes such that significant compression resistance is created between the electrode and the bulk medium.
В некоторых вариантах реализации материалы электрода и соединителя могут быть выбраны для снижения их веса. В некоторых вариантах реализации материал электрода выбран для улучшения электропроводности и/или теплопроводности через материал в дополнение к снижению веса. Улучшенная проводимость может быть предпочтительна для конструкций электрода, в которых ток, протекающий от кабеля на целевую область, проходит через электрод (например, шпильку круглого сечения, конструкцию с одной пластиной).In some embodiments, electrode and connector materials may be selected to reduce their weight. In some embodiments, the electrode material is selected to improve electrical and/or thermal conductivity through the material in addition to weight reduction. Improved conductivity may be advantageous for electrode designs where the current flowing from the cable to the target area passes through the electrode (eg, round stud, single plate design).
В некоторых вариантах реализации в конструкцию соединителя и электрода могут быть включены специальные кожухи. Например, такие кожухи могут быть выбраны для прохождения аттестации по воздействию на окружающую среду, включающей такие критерии, как тепловая разгрузка и/или теплоизоляция, электрическая изоляция, экранирование от электромагнитных помех, защита от коррозии, устойчивость к вибрации и ударам, долговечность, защита от внешних загрязнений и осадков.In some embodiments, special housings may be included in the connector and electrode design. For example, such enclosures may be selected for environmental evaluation, including criteria such as thermal relief and/or thermal insulation, electrical insulation, EMI shielding, corrosion protection, vibration and shock resistance, durability, protection against external pollution and precipitation.
В общем, предусмотрены различные конфигурации адгезии (и их комбинации) между электродами и/или соединителями и объемной средой. В некоторых вариантах реализации конфигурации уменьшают контактное сопротивление между электродами и объемной средой и/или снижают электромагнитные потери.In general, various adhesion configurations (and combinations thereof) are contemplated between electrodes and/or connectors and the bulk medium. In some embodiments, the configurations reduce contact resistance between the electrodes and the bulk medium and/or reduce electromagnetic losses.
В некоторых вариантах реализации электроды соединены с объемной средой с использованием паяного соединения. Фиг. 18A представляет собой схематическое примерное крепление 1800 между электродом 1802 и целевой областью 102 объемной среды, которая является частью большей объемной среды 1806, посредством паяного соединения. Для получения паяного соединения 1804 используется паяльный материал. Например, с целью получения низкого контактного сопротивления для припаивания электродов к целевой области может использоваться низкотемпературный присадочный металл (например, AL 802). В некоторых вариантах реализации для уменьшения окисления (образования слоя оксида алюминия в месте пайки) твердый припой покрыт флюсом. Флюс представляет собой материал, который при высоких температурах растворяет оксиды и предотвращает повторное окисление поверхности до нанесения присадочного металла на поверхность.In some embodiments, the electrodes are connected to the bulk medium using a solder joint. Fig. 18A is a schematic exemplary attachment 1800 between an electrode 1802 and a bulk medium target region 102 that is part of a larger bulk medium 1806 via a solder joint. To obtain a solder joint 1804 soldering material is used. For example, a low temperature filler metal (eg, AL 802) can be used to solder the electrodes to the target area to obtain a low contact resistance. In some embodiments, to reduce oxidation (formation of a layer of aluminum oxide at the soldering site), the brazing solder is coated with a flux. Flux is a material that dissolves oxides at high temperatures and prevents re-oxidation of the surface prior to the application of filler metal to the surface.
В некоторых вариантах реализации электроды и целевая область соединены друг с другом под воздействием давления и температуры. Например, в некоторых вариантах реализации между электродами и целевой областью применяется сжимающее усилие. Чтобы не ограничиваться теорией, сжимающее усилие может уменьшать контактное сопротивление между электродами и объемной средой в соответствии со следующей формулой:In some embodiments, the electrodes and the target area are connected to each other under the influence of pressure and temperature. For example, in some embodiments, a compressive force is applied between the electrodes and the target area. Without being limited by theory, a compressive force can decrease the contact resistance between the electrodes and the bulk medium according to the following formula:
где ρ - удельное электрическое сопротивление контактных материалов, H - твердость по Виккерсу более мягкой из контактных поверхностей, и F - сжимающее или контактное усилие.where ρ is the electrical resistivity of the contact materials, H is the Vickers hardness of the softer of the contact surfaces, and F is the compressive or contact force.
В некоторых вариантах реализации сжимающее усилие может быть применено для соединения электродов и объемной среды с использованием механического крепежного соединителя. Фиг. 18B представляет собой схематическое изображение примерной конфигурации 1820 крепления между электродом 1802 и целевой областью 102, которая является частью большей объемной среды 1806. Для приложения сжимающего усилия для соединения электрода с целевой областью используются сплошные заклепки 1822.In some embodiments, a compressive force may be applied to connect the electrodes and the bulk medium using a mechanical fastening connector. Fig. 18B is a schematic representation of an exemplary attachment configuration 1820 between electrode 1802 and target area 102 that is part of a larger bulk medium 1806. Solid rivets 1822 are used to apply a compressive force to connect the electrode to the target area.
В некоторых вариантах реализации сжимающее усилие может быть приложено с использованием вакуумной ленты или аналогичного предмета, способного герметизировать соединение между электродами и целевой областью. Фиг. 18C представляет собой схематическое изображение примерной конфигурации 1840 крепления между электродом 1802 и целевой областью 102, которая является частью большей объемной среды 1806. Для соединения электрода и целевой области используется герметизирующая лента 1842. После завершения герметизации для создания вакуума между электродами и целевой областью может использоваться всасывающее устройство, что сводит их друг с другом и создает сжимающее усилие.In some embodiments, a compressive force may be applied using a vacuum tape or similar item capable of sealing the connection between the electrodes and the target area. Fig. 18C is a schematic of an exemplary attachment configuration 1840 between the electrode 1802 and the target area 102, which is part of the larger volume medium 1806. A sealing tape 1842 is used to connect the electrode and the target area. a device that brings them together and creates a compressive force.
В некоторых вариантах реализации сжимающее усилие может быть приложено с использованием зажимов, зажимающих электрод и целевую область и увеличивающих давление на границе раздела, например, с использованием зажимных скоб.In some embodiments, a compressive force may be applied using clamps that clamp the electrode and the target area and increase the pressure at the interface, such as using clamps.
В некоторых вариантах реализации сжимающее усилие может быть приложено с использованием магнитов или намагниченных поверхностей. В некоторых вариантах реализации намагничена либо поверхность электрода, либо поверхность целевой области, что обеспечивает силу притяжения между магнитами и электродом и/или областью контакта, в результате чего возникает необходимое сжимающее усилие. В некоторых вариантах реализации используются два или более магнитов, а электрод и целевая область расположены между ними, что обеспечивает силу притяжения между магнитами, в результате чего возникает необходимое сжимающее усилие. В некоторых вариантах реализации намагничена поверхность электрода, а также поверхность целевой области, что обеспечивает силу притяжения между электродом и целевой областью, в результате чего возникает необходимое сжимающее усилие.In some embodiments, the compressive force may be applied using magnets or magnetized surfaces. In some embodiments, either the electrode surface or the surface of the target area is magnetized, which provides an attractive force between the magnets and the electrode and/or contact area, resulting in the necessary compressive force. In some embodiments, two or more magnets are used and the electrode and the target area are located between them, which provides an attractive force between the magnets, resulting in the necessary compressive force. In some embodiments, the surface of the electrode is magnetized as well as the surface of the target area, which provides an attractive force between the electrode and the target area, resulting in the necessary compressive force.
В некоторых вариантах реализации сжимающее усилие прикладывается внешним или внутренним зажимным соединителем, который прилипает к поверхности целевой области или вблизи нее и преобразует силу адгезии в необходимое сжимающее усилие. В некоторых вариантах реализации адгезивы (например, отверждающиеся адгезивы) могут использоваться в сочетании с зажимными соединителями.In some embodiments, a compressive force is applied by an external or internal clamp connector that adheres to or near the surface of the target area and converts the adhesive force into the required compressive force. In some embodiments, adhesives (eg, curing adhesives) may be used in combination with clamp connectors.
В некоторых вариантах реализации электроды могут быть частично или полностью встроены в объемную среду с использованием одного из вышеуказанных способов или альтернативной технологии.In some embodiments, the electrodes may be partially or completely embedded in the bulk environment using one of the above methods or alternative technology.
В некоторых вариантах реализации между электродами и целевой областью расположен проводящий материал (например, графен).In some embodiments, a conductive material (eg, graphene) is located between the electrodes and the target area.
В некоторых вариантах реализации материал соединителя, используемый для соединения электрода с целевой областью, представляет собой адгезив, выбранный для повышения прочности, что обеспечивает долговременное крепление к целевой области. Прочность адгезива может быть предпочтительна в случае, когда область крепления относительно мала, а механические ограничения, создаваемые в области крепления, относительно высоки (например, в случае электрода с U-образной шпилькой). В одном варианте реализации, когда электрод должен оставаться в неподвижном положении для отверждения адгезива после нанесения, для удержания электрода на месте могут использоваться внутренние или внешние одноразовые приспособления с использованием адгезивов и механической силы.In some embodiments, the connector material used to connect the electrode to the target area is an adhesive chosen for strength, which provides long-term attachment to the target area. The strength of the adhesive may be advantageous when the attachment area is relatively small and the mechanical constraints imposed on the attachment area are relatively high (eg, in the case of a U-stud electrode). In one embodiment, when the electrode must remain stationary for the adhesive to cure after application, internal or external disposable devices using adhesives and mechanical force can be used to hold the electrode in place.
В некоторых вариантах реализации материал соединителя, используемый для соединения электрода с целевой областью, также выбран для обеспечения более высокой теплопроводности и/или электропроводности для обеспечения улучшенного потока тепла и тока от кабеля на целевую область. Например, более высокая проводимость может быть рассмотрена в случае, когда используемый электрод прикреплен так, что адгезив находится на пути электрического тока, проходящего от кабеля/электрода на целевую область (например, в случае электрода со шпилькой круглого сечения и электрода с одной пластиной). С этой целью в некоторых вариантах реализации между электродами и объемной средой расположены наноматериалы (например, углеродные нанотрубки). В некоторых вариантах реализации поверхность электродов и участок поверхности объемной среды, который будет контактировать с электродами (например, целевая область), могут быть обработаны для увеличения «реальной» площади контакта между ними.In some embodiments, the connector material used to connect the electrode to the target area is also selected to provide higher thermal and/or electrical conductivity to provide improved heat and current flow from the cable to the target area. For example, higher conductivity may be considered when the electrode used is attached such that the adhesive is in the path of electrical current from the cable/electrode to the target area (eg, in the case of a round stud electrode and a single plate electrode). To this end, in some embodiments, nanomaterials (eg, carbon nanotubes) are located between the electrodes and the bulk medium. In some embodiments, the surface of the electrodes and the portion of the surface of the bulk medium that will be in contact with the electrodes (eg, the target area) may be treated to increase the "real" area of contact between them.
В некоторых вариантах реализации и в комбинации с вышеуказанными вариантами реализации, а также другими вариантами реализации, соединитель, электроды и часть целевой области покрыты материалом, который уменьшает или исключает электромагнитные потери.In some embodiments, and in combination with the above embodiments, as well as other embodiments, the connector, the electrodes, and a portion of the target area are coated with a material that reduces or eliminates electromagnetic losses.
В некоторых вариантах реализации любая комбинация вышеуказанных способов используется с любым вариантом реализации электрода и соединителя. Например, Фиг. 18D представляет собой схематическое изображение примерного комбинированного крепления 1860 между электродом 1802 и целевой областью 102 объемной среды 1806. Крепление включает в себя паяное соединение 1804 и сплошные заклепки 1822.In some embodiments, any combination of the above methods is used with any implementation of the electrode and connector. For example, Fig. 18D is a schematic representation of an exemplary combined mount 1860 between electrode 1802 and target region 102 of bulk medium 1806. The mount includes a solder joint 1804 and solid rivets 1822.
В некоторых вариантах реализации в системе могут быть не нужны никакие соединители/кабели, поскольку для выработки необходимого тока не требуется физический контакт. В этом случае в некоторых вариантах реализации обратный путь сигнала может представлять собой дополнительный участок провода, идущего обратно в схему регулировки.In some implementations, no connectors/cables may be needed in the system because no physical contact is required to generate the required current. In this case, in some implementations, the return signal path may be an additional piece of wire leading back to the control circuit.
Варианты реализации системы нагрева, описанные в настоящей заявке, могут использоваться в качестве устройства устранения обледенения/предотвращения обледенения для плавления льда на поверхности самолета путем подачи высокочастотного переменного тока на целевую область обшивки/планера самолета (например, для осуществления джоулева нагрева). Тепло, вырабатываемое в целевой области планера, передается на поверхность планера, а затем путем конвекции передается через границу раздела планера и льда на лед. В некоторых вариантах реализации лед плавится полностью. В некоторых вариантах реализации плавится часть льда (слой, непосредственно контактирующий с планером), что приводит к образованию слоя воды между льдом и планером, в результате чего лед может соскользнуть или может быть механически удален с планера. В некоторых вариантах реализации нагрев осуществляется до появления льда, что предотвращает его образование.Embodiments of the heating system described herein can be used as a de-icing/anti-icing device to melt ice on an aircraft surface by applying high frequency AC current to a target area of the aircraft skin/airframe (e.g., to provide Joule heating). The heat generated in the target area of the airframe is transferred to the surface of the airframe and then transferred by convection through the airframe/ice interface to the ice. In some embodiments, the ice melts completely. In some embodiments, some of the ice (the layer in direct contact with the airframe) melts, causing a layer of water to form between the ice and the airframe, whereby the ice may slide or be mechanically removed from the airframe. In some embodiments, the heating is carried out before the appearance of ice, which prevents its formation.
В некоторых вариантах реализации после плавления льда продолжается подача высокочастотного переменного тока для поддержания джоулева нагрева планера, который переносится на воду, образовавшуюся/оставшуюся на поверхности, за счет теплопроводности и конвекции.In some embodiments, after the ice has melted, high frequency AC current is continued to maintain Joule heating of the airframe, which is transferred to water formed/remaining on the surface by conduction and convection.
На Фиг. 19-32 представлены примеры узлов для передачи и подвода электромагнитной энергии в системах нагрева объемной среды. Узлы (называемые в настоящей заявке «соединительными полосами») выполнены с возможностью функционирования аналогично линиям передачи в комбинации с объемной проводящей средой, к которой они прикреплены. Например, в некоторых вариантах реализации конструкция соединительных полос приводит к тому, что сама объемная среда проводит ток аналогично току, проходящему по линии передачи. Соединительные полосы могут обеспечивать электромагнитную передачу сигналов переменного тока от линий на объемную среду, тем самым вырабатывая соответствующие сигналы тока в объемной среде. Таким образом, по существу, можно сказать, что конструкция соединительный полосы приводит к тому, что объемная среда (в комбинации с соединительной полосой) служит в качестве линии передачи, или в качестве альтернативы приводит к тому, что объемная среда и соединительные полосы совместно образуют систему, которая ведет себя, как линия передачи, и которая может быть проанализирована и спроектирована как таковая.On FIG. 19-32 examples of units for transmission and supply of electromagnetic energy in systems for heating a bulk medium are presented. The nodes (referred to in this application as "connecting strips") are configured to function similarly to transmission lines in combination with the bulk conductive medium to which they are attached. For example, in some embodiments, the design of the interconnecting strips causes the bulk medium itself to conduct current in a manner similar to the current flowing through a transmission line. The connecting strips can provide electromagnetic transmission of AC signals from the lines to the bulk medium, thereby generating appropriate current signals in the bulk medium. Thus, in essence, it can be said that the construction of the connecting strip results in the volume medium (in combination with the connecting strip) serving as a transmission line, or alternatively results in the volume medium and the connecting strips together forming a system. , which behaves like a transmission line, and which can be analyzed and designed as such.
Например, как рассмотрено выше, варианты реализации настоящего изобретения могут быть выполнены с возможностью осуществления нагрева объемной среды путем управления механизмами формирования (например, сужения, удлинения и т.д.) тока в проводящей среде (например, объемной среде, проводнике): например, с использованием поверхностного эффекта и эффекта близости. Оба эффекта основаны на пропускании высокочастотного переменного тока через проводящую среду, которая должна быть нагрета. Поверхностный эффект ограничивает протекание тока за счет использования тенденции переменного электрического тока к распределению в проводнике таким образом, что плотность тока является наибольшей вблизи поверхности проводника и уменьшается в направлении вглубь проводника. Эффект близости может использоваться для дополнительного ограничения протекания тока в проводнике путем размещения другого пути переменного тока вблизи существующего пути тока в проводнике. Эффект близости также может удлинять путь тока. Соединительные полосы могут использоваться для создания и управления такими эффектами в дополнение к системам и процессам, рассмотренным выше. Например, соединительные полосы могут использоваться с различными системами управления питанием, описанными выше.For example, as discussed above, embodiments of the present invention may be configured to effect heating of a bulk medium by controlling the mechanisms for generating (eg, constricting, elongating, etc.) current in a conductive medium (eg, bulk medium, conductor): for example, using surface effect and proximity effect. Both effects are based on passing a high-frequency alternating current through a conducting medium that must be heated. The skin effect limits the flow of current by exploiting the tendency of the alternating electric current to distribute in the conductor such that the current density is greatest near the surface of the conductor and decreases towards the interior of the conductor. The proximity effect can be used to further restrict the current flow in the conductor by placing another AC path close to the existing current path in the conductor. The proximity effect can also lengthen the current path. Connecting strips can be used to create and manage such effects in addition to the systems and processes discussed above. For example, interconnect strips can be used with the various power management systems described above.
Фиг. 19 представляет собой вид в разрезе примерной соединительной полосы 1900. Соединительная полоса 1900 может использоваться для подачи высокочастотных сигналов тока на объемную среду, такую как обшивка 1902 летательного аппарата, для нагрева объемной среды. Соединительная полоса 1900 имеет многослойную конструкцию, которая включает в себя первый диэлектрический слой 1908 поверх объемной среды 1902, проводящий слой 1904 поверх первого диэлектрического слоя 1908, второй диэлектрический слой 1908 поверх проводящего слоя 1904, и проводящий экранирующий слой 1906 поверх второго диэлектрического слоя 1908.Fig. 19 is a sectional view of an exemplary connector strip 1900. The connector strip 1900 can be used to apply high frequency current signals to a bulk medium, such as an aircraft skin 1902, to heat the bulk medium. The bonding strip 1900 has a sandwich construction that includes a first dielectric layer 1908 over the bulk medium 1902, a conductive layer 1904 over the first dielectric layer 1908, a second dielectric layer 1908 over the conductive layer 1904, and a conductive shield layer 1906 over the second dielectric layer 1908.
Первый диэлектрический слой 1908 имеет толщину D1. Проводящий слой 1904 имеет толщину D2. Второй диэлектрический слой 1908 имеет толщину D3. Проводящий экранирующий слой 1906 имеет толщину D4. Общая толщина соединительной полосы 1900 обозначена D5. Проводящий слой 1904 может быть выполнен из проводящих материалов, включая, без ограничения, медь, медные сплавы (например, латунь или бронзу), серебро, серебряные сплавы, алюминий, алюминиевые сплавы, титан, титановые сплавы, хром, никель, никелевые сплавы, кобальтовые сплавы, нержавеющую сталь, графит или их комбинации. Проводящий экранирующий слой 1906 может быть выполнен из проводящих материалов, включая, без ограничения, медь, медные сплавы (например, латунь или бронзу), серебро, серебряные сплавы, алюминий, алюминиевые сплавы, титан титановые сплавы, хром, никель, никелевые сплавы, кобальтовые сплавы, нержавеющую сталь, графит или их комбинации. В некоторых вариантах реализации проводящий экранирующий слой 1906 может быть выполнен в виде металлической фольги (например, медной фольги или алюминиевой фольги) или в виде плетеного металлического слоя. Диэлектрические слои 1908 могут быть выполнены из диэлектрических материалов, включая, без ограничения, каптон, майлар, полиэтилентерефталат (ПЭТФ), политетрафторэтилен (ПТФЭ), резину или их комбинации.The first dielectric layer 1908 has a thickness D 1 . The conductive layer 1904 has a thickness D 2 . The second dielectric layer 1908 has a thickness D 3 . The conductive shield layer 1906 has a thickness D 4 . The total thickness of the connecting strip 1900 is designated D 5 . The conductive layer 1904 may be made of conductive materials, including, but not limited to, copper, copper alloys (such as brass or bronze), silver, silver alloys, aluminium, aluminum alloys, titanium, titanium alloys, chromium, nickel, nickel alloys, cobalt alloys, stainless steel, graphite, or combinations thereof. The conductive shield layer 1906 may be made of conductive materials including, but not limited to, copper, copper alloys (such as brass or bronze), silver, silver alloys, aluminium, aluminum alloys, titanium, titanium alloys, chromium, nickel, nickel alloys, cobalt alloys, stainless steel, graphite, or combinations thereof. In some embodiments, the conductive shield layer 1906 may be in the form of a metal foil (eg, copper foil or aluminum foil) or a woven metal layer. The dielectric layers 1908 may be made from dielectric materials including, but not limited to, Kapton, Mylar, polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE), rubber, or combinations thereof.
В некоторых вариантах реализации соединительная полоса 1900 включает в себя защитный слой поверх проводящего экранирующего слоя. Например, защитный слой может включать в себя, без ограничения, один или более слоев полиуретана, полифторида, краски, пленки, заменяющей краску, герметика или их комбинации.In some embodiments, the bonding strip 1900 includes a protective layer over a conductive shield layer. For example, the protective layer may include, without limitation, one or more layers of polyurethane, polyfluoride, paint, paint replacement film, sealant, or combinations thereof.
Как проиллюстрировано на Фиг. 20, соединительные полосы 1900 могут быть расположены на поверхности объемной среды, такой как обшивка 2000 летательного аппарата (например, крыла), для подачи электрического тока на объемную среду и нагрева объемной среды путем выработки и формирования тока в объемной среде. Соединительные полосы 1900 продолжаются вдоль поверхности обшивки летательного аппарата 2000 и расположены на расстоянии друг от друга. В некоторых вариантах реализации одна или более соединительных полос 1900 включают в себя короткозамкнутую оконечную нагрузку, которая электрически соединяет по меньшей мере участок соединительной полосы (например, проводящий слой 1904) с объемной средой 1902. Например, соединительная полоса 1900 может оканчиваться электродом, таким как электроды, рассмотренные выше, для образования замкнутой цепи (например, короткозамкнутой цепи) между содержащимся в ней проводящим слоем 1904 и объемной средой 1902. Оконечной нагрузкой соединительной полосы 1900 является дальний конец полосы, противоположный концу, на который подается ток (например, противоположный концу ввода питания). В некоторых вариантах реализации одна или более соединительных полос 1900 оканчиваются разомкнутой цепью. Разомкнутая оконечная нагрузка означает, что оконечный конец соединительной полосы 1900 оставлен в виде разомкнутой цепи; не подключен к электрическому заземлению через объемную среду 1902 или проводящий экранирующий слой соединительной полосы 1900. В некоторых вариантах реализации одна или более соединительных полос 1900 оканчиваются компонентом регулировки импеданса (например, элементом цепи), подключенным между соединительной полосой 1900 и объемной средой 1902. Например, соединительная полоса 1900 может оканчиваться емкостной, резистивной или индуктивной оконечной нагрузкой. Например, элемент цепи, такой как конденсатор, катушка индуктивности или резистор, может быть подключен между проводящим слоем 1904 соединительной полосы 1900 и объемной средой 1902.As illustrated in FIG. 20, connecting strips 1900 may be located on the surface of a bulk medium, such as the skin 2000 of an aircraft (eg, wing), to supply electrical current to the bulk medium and heat the bulk medium by generating and generating current in the bulk medium. The connecting strips 1900 extend along the surface of the skin of the aircraft 2000 and are located at a distance from each other. In some embodiments, one or more bond strips 1900 include a short circuit termination that electrically connects at least a portion of the bond strip (e.g., conductive layer 1904) to bulk media 1902. For example, bond strip 1900 may terminate with an electrode, such as electrodes , discussed above, to form a closed circuit (e.g., a short circuit) between the conductive layer 1904 contained therein and the bulk medium 1902. ). In some embodiments, one or more connecting strips 1900 terminate in an open circuit. Open termination means that the termination end of the connecting strip 1900 is left in an open circuit; not connected to electrical ground via bulk medium 1902 or the conductive shield layer of interconnect strip 1900. In some embodiments, one or more interconnect strips 1900 terminate in an impedance adjustment component (e.g., circuit element) connected between interconnect strip 1900 and bulk medium 1902. For example, connecting strip 1900 may be terminated with capacitive, resistive, or inductive termination. For example, a circuit element such as a capacitor, inductor, or resistor may be connected between the conductive layer 1904 of the connecting strip 1900 and the bulk medium 1902.
Со ссылкой на Фиг. 19 и 20, система управления питанием (например, система 104 управления питанием, описанная выше) подключена к одному концу каждой из соединительных полос для подачи электрического тока на каждую полосу. Например, линия подачи питания от системы управления питанием может быть подключена к проводящему слою каждой проводящей полосы 1900, и одна или обе объемные среды 1902 (например, обшивка 2000 летательного аппарата) могут быть подключены к электрическому заземлению.With reference to FIG. 19 and 20, a power management system (eg, power management system 104 described above) is connected to one end of each of the connecting strips to supply electrical current to each strip. For example, a power supply line from a power management system may be connected to the conductive layer of each conductive strip 1900, and one or both of the bulk media 1902 (eg, aircraft skin 2000) may be connected to an electrical ground.
Система управления питанием подает переменный ток на каждую проводящую полосу 1900. Например, система управления питанием может подавать переменный ток с частотой от 1 кГц до 450 МГц. В некоторых вариантах реализации частота составляет от 1 МГц до 450 МГц. В некоторых вариантах реализации частота составляет от 1кГц до 1 МГц. Система управления питанием может быть выполнена с возможностью подачи переменного тока величиной от 0,1 А до 200 А на каждую соединительную полосу 1900. Например, источник питания системы управления питанием и электрическая компоновка соединительных полос 1900 могут быть выполнены с возможностью подачи необходимого количества тока (например, от 0,1 А до 200 А) на каждую соединительную полосу 1900. В качестве обобщающего примера, если соединительные полосы 1900 подключены к системе управления питанием последовательно, для подачи тока величиной 100 А на каждую соединительную полосу 1900 может использоваться источник питания на 100 А. Если десять соединительных полос 1900 подключены к системе управления питанием параллельно, для подачи тока величиной 10 А на каждую соединительную полосу 1900 может использоваться источник питания на 100 А. Следует отметить, что этот пример предполагает, что импедансы соединительных полос равны. Как рассмотрено ниже, импеданс соединительных полос 1900 может быть настроен различным образом для управления распределением тока между соединительными полосами, что может быть желательно или может требоваться в конкретных областях применения нагрева.The power management system supplies AC to each conductive strip 1900. For example, the power management system can supply AC at a frequency of 1 kHz to 450 MHz. In some implementations, the frequency is from 1 MHz to 450 MHz. In some implementations, the frequency is from 1 kHz to 1 MHz. The power management system may be configured to supply between 0.1 A and 200 A AC to each interconnect strip 1900. For example, the power management system power supply and the electrical arrangement of the interconnect strips 1900 may be configured to supply a desired amount of current (for example, , from 0.1 A to 200 A) per connection strip 1900. As a general example, if the connection strips 1900 are connected in series to the power management system, a 100 A power supply can be used to supply a current of 100 A to each connection strip 1900 If ten interconnect strips 1900 are connected in parallel to the power management system, a 100 A power supply can be used to supply 10 A of current to each interconnect strip 1900. Note that this example assumes that the impedances of the interconnect strips are equal. As discussed below, the impedance of the interconnect strips 1900 can be configured in various ways to control the distribution of current between the interconnect strips, as may be desired or required in particular heating applications.
Переменный ток для нагрева обшивки 1902 летательного аппарата подается через проводящий слой 1904. Переменный ток, подаваемый через проводящий слой 1904, вырабатывает (например, за счет электромагнитной емкостной и индукционной связи) соответствующий ток в обшивке 1902 летательного аппарата, как показано на Фиг. 22A-22B. На Фиг. 22A-22B показаны графики, полученные в результате электромагнитного анализа методом конечных элементов, моделирующего работу примерной соединительной полосы 1900, прикрепленной к проводящей объемной среде 1902. На графике на Фиг. 22A обозначены объемная среда 1902 (например, моделируемая как обшивка летательного аппарата), проводящий слой 1904 и проводящий экранирующий слой 1906. На Фиг. 22B отдельные компоненты соединительной полосы 1900 не показаны, и обозначены только соединительная полоса 1900 (проиллюстрированная в общем) и объемная среда 1902. Область, обозначенная ссылочной позицией 2206 на обоих графиках, представляет фоновую среду (например, атмосферу). На обоих графиках показана приведенная плотность (в А/м2) тока, индуцированного в объемной среде 1902 и обозначенного затушеванной областью 2204. Плотность тока в объемной среде 1902 является максимальной в узкой области 2204 вблизи поверхности объемной среды 1902. Кроме того, на графике на Фиг. 22A показана приведенная напряженность электрического поля (светло-серая область 2202) в диэлектрических слоях соединительной полосы 1900. Следует отметить, что проводящий экранирующий слой 1906 экранирует окружающую среду 2206 от электрических полей, создаваемых током, проходящим через проводящий слой 1904, например, для уменьшения или исключения электромагнитного излучения и для защиты соединительной полосы 1900 от внешних электромагнитных помех. Объемная среда 1902 также служит в качестве экранирующего слоя, например, минимизируя или блокируя электрические поля. Таким образом, проводящий экранирующий слой 1906 и объемная среда 1902 в вариантах реализации соединительной полосы 1900 могут служить для сдерживания электрических полей в соединительной полосе 1900 (например, между проводящим экранирующим слоем 1906 и объемной средой 1902). Этот эффект уменьшает или исключает электромагнитные помехи между системой нагрева и другими близлежащими электрическими компонентами. Варианты реализации соединительной полосы 1900 в комбинации с объемной средой 1902 могут обеспечивать рабочие характеристики, сопоставимые с полосковыми линиями передачи.An alternating current to heat the aircraft skin 1902 is applied through conductive layer 1904. An alternating current applied through conductive layer 1904 generates (eg, by electromagnetic capacitive and inductive coupling) a corresponding current in aircraft skin 1902, as shown in FIG. 22A-22B. On FIG. 22A-22B are graphs resulting from electromagnetic finite element analysis simulating the operation of an exemplary bond strip 1900 attached to a conductive bulk medium 1902. The graph of FIG. 22A depicts a bulk medium 1902 (eg, modeled as the skin of an aircraft), a conductive layer 1904, and a conductive shield layer 1906. FIG. 22B, the individual components of the connecting strip 1900 are not shown, and only the connecting strip 1900 (illustrated generally) and the bulk medium 1902 are indicated. The area indicated by 2206 in both graphs represents the background medium (eg, atmosphere). Both graphs show the reduced density (in A/m 2 ) of the current induced in the bulk medium 1902, indicated by the shaded region 2204. The current density in the bulk medium 1902 is maximum in a narrow region 2204 near the surface of the bulk medium 1902. Fig. 22A shows the reduced electric field strength (light gray area 2202) in the dielectric layers of the interconnect strip 1900. It should be noted that the conductive shield layer 1906 shields the environment 2206 from electric fields generated by the current passing through the conductive layer 1904, for example, to reduce or exclusion of electromagnetic radiation and to protect the connecting strip 1900 from external electromagnetic interference. The bulk medium 1902 also serves as a shielding layer, for example by minimizing or blocking electrical fields. Thus, the conductive shield layer 1906 and bulk medium 1902 in embodiments of bond strip 1900 may serve to contain electrical fields in bond strip 1900 (eg, between conductive shield layer 1906 and bulk medium 1902). This effect reduces or eliminates electromagnetic interference between the heating system and other nearby electrical components. Embodiments of interconnect strip 1900 in combination with bulk media 1902 can provide comparable performance to stripline transmission lines.
Со ссылкой на Фиг. 19, нагревательное воздействие проводящих полос 1900 на объемную среду, а также импеданс каждой проводящей полосы 1900 могут регулироваться путем изменения характеристик проводящей полосы, таких как, например, толщина различных слоев 1904, 1906 и 1908; ширина проводящего слоя; схема расположения проводящего слоя; материалы каждого слоя, включая их диэлектрические постоянные и свойства проводимости; или путем добавления компонентов регулировки импеданса (например, конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов). Кроме того, нагревательное воздействие тока, вырабатываемого в объемной среде 1902, также может быть изменено путем изменения этих характеристик, которые также служат для регулировки эффекта близости и пути тока нагрева, проходящего через объемную среду 1902, как рассмотрено выше.With reference to FIG. 19, the heating effect of the conductive strips 1900 on the bulk medium, as well as the impedance of each conductive strip 1900, can be controlled by changing characteristics of the conductive strip, such as, for example, the thickness of the various layers 1904, 1906, and 1908; conductive layer width; layout of the conductive layer; the materials of each layer, including their dielectric constants and conduction properties; or by adding impedance adjustment components (such as capacitors, inductors, and resistors). In addition, the heating effect of the current generated in the bulk medium 1902 can also be changed by changing these characteristics, which also serve to adjust the proximity effect and path of the heating current through the bulk medium 1902, as discussed above.
Например, каждый из слоев 1904, 1906, 1908 может иметь соответствующую толщину (D1-D4), как правило, находящуюся в диапазоне от 0,1 мила до 1 дюйма или в некоторых вариантах реализации от 0,5 мила до 10 милов. В некоторых вариантах реализации соединительная полоса 1900 может иметь разные расстояния, отделяющие проводящий слой 1904 от объемной среды 1902 и отделяющие проводящий слой 1904 от проводящего экранирующего слоя 1906. В некоторых вариантах реализации эти расстояния связаны соотношением. Например, соединительная полоса 1900 может быть образована так, что относительная толщина D1 и относительная толщина D3 диэлектрического слоя 1908 связаны соотношением. Например, в некоторых вариантах реализации соотношение D1:D3 может находиться в диапазоне от 1:1 до 1:5. в других вариантах реализации соотношение D1:D3 может находиться в диапазоне от 1:1 до 5:1, например, для получения необходимой плотности тока и/или значения импеданса для данной области применения. В одном примерном варианте реализации D1 составляет 3 мила, D2 составляет 1 мил, D3 составляет 3 мила, и D4 составляет 1 мил. В другом примерном варианте реализации D1 составляет 7,2 милов, D2 составляет 1,4 мила, D3 составляет 2,4 мила, и D4 составляет 1,4 мила. В еще одном варианте реализации D1 составляет 1000 милов, D2 составляет 50 милов, D3 составляет 500 милов, и D4 составляет 50 милов. В еще одном варианте реализации D1 составляет 10 милов, D2 составляет 2,5 мила, D3 составляет 50 милов, и D4 составляет 2,5 мила. В еще одном примере D1 составляет 2,4 мила, D2 составляет 1,4 мила, D3 составляет 7,2 милов, и D4 составляет 1,4 мила. В дополнительном примере D1 составляет 17,6 милов, D2 составляет 9,8 милов, D3 составляет 24,5 мила, и D4 составляет 9,8 милов. В еще одном примере D1 составляет 100 милов, D2 составляет 20 милов, D3 составляет 250 милов, и D4 составляет 20 милов. В еще одном примере D1 составляет 5,5 милов, D2 составляет 2,5 мила, D3 составляет 9,0 милов, и D4 составляет 2,5 мила. В еще одном дополнительном примере D1 составляет 1,5 дюйма, D2 составляет 0,25 дюйма, D3 составляет 2,2 дюйма, и D4 составляет 0,25 дюйма. В еще одном примере D1 составляет 3,8 мила, D2 составляет 2 мила, D3 составляет 3,8 мила, и D4 составляет 2 мила. В еще одном примере D1 составляет 2,9 мила, D2 составляет 1,5 мила, D3 составляет 5,8 милов, и D4 составляет 2,5 мила. В дополнительном примере D1 составляет 5 милов, D2 составляет 2,5 мила, D3 составляет 25 милов, и D4 составляет 1,5 дюйма. В еще одном примере D1 составляет 11 милов, D2 составляет 3 мила, D3 составляет 5,5 милов, и D4 составляет 3 мила. В еще одном примере D1 составляет 21 мил, D2 составляет 1,5 мила, D3 составляет 7 милов, и D4 составляет 2,5 мила. В дополнительном примере D1 составляет 10 милов, D2 составляет 2,5 мила, D3 составляет 2 мила, и D4 составляет 2,5 дюйма. В еще одном дополнительном примере D1 составляет 4,5 дюйма, D2 составляет 0,25 дюйма, D3 составляет 1,5 дюйма, и D4 составляет 0,25 дюйма. В другом примерном варианте реализации D1 составляет 3 мила, D2 составляет 1 мил, D3 составляет 3 мила, и D4 составляет 1 мил. В еще одном примере D1 составляет 10,2 милов, D2 составляет 3,5 мила, D3 составляет 40,8 милов, и D4 составляет 2,5 мила. В еще одном примере D1 составляет 4,8 мила, D2 составляет 0,5 мила, D3 составляет 14,4 милов, и D4 составляет 0,5 мила. В еще одном примере D1 составляет 15 милов, D2 составляет 1,4 мила, D3 составляет 3 мила, и D4 составляет 1,4 мила. В еще одном примере D1 составляет 113 милов, D2 составляет 10 милов, D3 составляет 28,25 милов, и D4 составляет 10 милов. В еще одном примере D1 составляет 127 милов, D2 составляет 5 милов, D3 составляет 254 мила, и D4 составляет 10 милов. В еще одном примере D1 составляет 53 мила, D2 составляет 12 милов, D3 составляет 159 милов, и D4 составляет 12 милов. В еще одном примере D1 составляет 13 милов, D2 составляет 1,4 мила, D3 составляет 2,6 мила, и D4 составляет 1,4 мила. В еще одном примере D1 составляет 23 мила, D2 составляет 4 мила, D3 составляет 46 милов, и D4 составляет 4 мила. В еще одном примере D1 составляет 11,5 милов, D2 составляет 2,8 мила, D3 составляет 57,5 милов, и D4 составляет 2,8 мила. В еще одном примере D1 составляет 10 милов, D2 составляет 1,4 мила, D3 составляет 2,5 мила, и D4 составляет 1,4 мила.For example, each of the layers 1904, 1906, 1908 may have a respective thickness (D 1 -D 4 ), typically in the range of 0.1 mil to 1 inch, or in some embodiments, 0.5 mil to 10 mil. In some embodiments, the bonding strip 1900 may have different distances separating the conductive layer 1904 from the bulk medium 1902 and separating the conductive layer 1904 from the conductive shielding layer 1906. In some embodiments, these distances are related by a relationship. For example, the connecting strip 1900 may be formed such that the relative thickness D 1 and the relative thickness D 3 of the dielectric layer 1908 are related. For example, in some embodiments, the D 1 :D 3 ratio may range from 1:1 to 1:5. in other embodiments, the ratio D 1 :D 3 may range from 1:1 to 5:1, for example, to obtain the desired current density and/or impedance value for a given application. In one exemplary embodiment, D 1 is 3 mil, D 2 is 1 mil, D 3 is 3 mil, and D 4 is 1 mil. In another exemplary embodiment, D 1 is 7.2 mils, D 2 is 1.4 mils, D 3 is 2.4 mils, and D 4 is 1.4 mils. In another embodiment, D 1 is 1000 mils, D 2 is 50 mils, D 3 is 500 mils, and D 4 is 50 mils. In another embodiment, D 1 is 10 mils, D 2 is 2.5 mils, D 3 is 50 mils, and D 4 is 2.5 mils. In yet another example, D 1 is 2.4 mils, D 2 is 1.4 mils, D 3 is 7.2 mils, and D 4 is 1.4 mils. In a further example, D 1 is 17.6 mils, D 2 is 9.8 mils, D 3 is 24.5 mils, and D 4 is 9.8 mils. In yet another example, D 1 is 100 mils, D 2 is 20 mils, D 3 is 250 mils, and D4 is 20 mils. In yet another example, D 1 is 5.5 mils, D 2 is 2.5 mils, D 3 is 9.0 mils, and D 4 is 2.5 mils. In another additional example, D 1 is 1.5 inches, D 2 is 0.25 inches, D 3 is 2.2 inches, and D 4 is 0.25 inches. In yet another example, D 1 is 3.8 mils, D 2 is 2 mils, D 3 is 3.8 mils, and D 4 is 2 mils. In yet another example, D 1 is 2.9 mils, D 2 is 1.5 mils, D 3 is 5.8 mils, and D 4 is 2.5 mils. In a further example, D 1 is 5 mils, D 2 is 2.5 mils, D 3 is 25 mils, and D 4 is 1.5 inches. In yet another example, D 1 is 11 mils, D 2 is 3 mils, D 3 is 5.5 mils, and D 4 is 3 mils. In yet another example, D 1 is 21 mils, D 2 is 1.5 mils, D 3 is 7 mils, and D 4 is 2.5 mils. In a further example, D 1 is 10 mils, D 2 is 2.5 mils, D 3 is 2 mils, and D 4 is 2.5 inches. In another additional example, D 1 is 4.5 inches, D 2 is 0.25 inches, D 3 is 1.5 inches, and D 4 is 0.25 inches. In another exemplary embodiment, D 1 is 3 mil, D 2 is 1 mil, D 3 is 3 mil, and D 4 is 1 mil. In yet another example, D 1 is 10.2 mils, D 2 is 3.5 mils, D 3 is 40.8 mils, and D 4 is 2.5 mils. In yet another example, D 1 is 4.8 mils, D 2 is 0.5 mils, D 3 is 14.4 mils, and D 4 is 0.5 mils. In yet another example, D 1 is 15 mils, D 2 is 1.4 mils, D 3 is 3 mils, and D 4 is 1.4 mils. In yet another example, D 1 is 113 mils, D 2 is 10 mils, D 3 is 28.25 mils, and D 4 is 10 mils. In yet another example, D 1 is 127 mils, D 2 is 5 mils, D 3 is 254 mils, and D 4 is 10 mils. In yet another example, D 1 is 53 mils, D 2 is 12 mils, D 3 is 159 mils, and D 4 is 12 mils. In yet another example, D 1 is 13 mils, D 2 is 1.4 mils, D 3 is 2.6 mils, and D 4 is 1.4 mils. In yet another example, D 1 is 23 mils, D 2 is 4 mils, D 3 is 46 mils, and D 4 is 4 mils. In yet another example, D 1 is 11.5 mils, D 2 is 2.8 mils, D 3 is 57.5 mils, and D 4 is 2.8 mils. In yet another example, D 1 is 10 mils, D 2 is 1.4 mils, D 3 is 2.5 mils, and D 4 is 1.4 mils.
Кроме того, ширина проводящего слоя 1904, как правило, может находиться в диапазоне нескольких дюймов или нескольких милов. На Фиг. 21 показан вид сверху нескольких примерных соединительных полос (примеры 1-9) для демонстрации различных конфигураций проводящего слоя 1904 в соединительной полосе 1900. Следует отметить, что в целях наглядности соединительные полосы 1900 на Фиг. 21 проиллюстрированы без слоев, расположенных над проводящим слоем 1904 (например, без второго диэлектрического слоя и проводящего экранирующего слоя). Площадь поперечного сечения проводящего слоя 1904 может изменяться по его длине. Например, ширина проводящего слоя 1904 может изменяться по его длине для регулировки импеданса соединительной полосы 1900 и в некоторых случаях для регулировки плотности тока в объемной среде и проводящем слое. Примеры 1-9 иллюстрируют несколько примерных вариантов изменения ширины проводящего слоя 1904 соединительной полосы 1900. Например, ширина проводящего слоя 1904 поперек соединительной полосы 1900 может изменяться от максимальной ширины до минимальной ширины. В некоторых вариантах реализации максимальная ширина всего в 1,5 раза больше минимальной ширины. В других вариантах реализации максимальная ширина в 100 раз больше минимальной ширины. Например, ширина проводящего слоя 1904, показанного в Примере 1, может составлять 1,5 дюйма в самом широком месте (например, на верхнем конце) и 1 дюйм в самом узком месте (например, на нижнем конце). В другом примере ширина проводящего слоя 1904, показанного в Примере 1, может составлять 1 дюйм в самом широком месте (например, на верхнем конце) и 10 мил в самом узком месте (например, на нижнем конце).In addition, the width of the conductive layer 1904 can typically be in the range of a few inches or a few mils. On FIG. 21 is a top view of several exemplary bond strips (Examples 1-9) to demonstrate various configurations of conductive layer 1904 in bond strip 1900. It should be noted that for purposes of illustration, bond strips 1900 in FIG. 21 are illustrated without layers located above the conductive layer 1904 (eg, without the second dielectric layer and the conductive shield layer). The cross-sectional area of the conductive layer 1904 may vary along its length. For example, the width of the conductive layer 1904 may vary along its length to adjust the impedance of the connecting strip 1900 and in some cases to adjust the current density in the bulk medium and the conductive layer. Examples 1-9 illustrate several exemplary variations in the width of the conductive layer 1904 of the connecting strip 1900. For example, the width of the conductive layer 1904 across the connecting strip 1900 may vary from a maximum width to a minimum width. In some embodiments, the maximum width is only 1.5 times the minimum width. In other implementations, the maximum width is 100 times the minimum width. For example, the conductive layer 1904 shown in Example 1 may be 1.5 inches wide at its widest point (eg, at the top end) and 1 inch at its narrowest point (eg, at the bottom end). In another example, the conductive layer 1904 shown in Example 1 may be 1 inch wide at its widest point (eg, top end) and 10 mils at its narrowest point (eg, bottom end).
В некоторых вариантах реализации толщина проводящего слоя 1904 может изменяться по его длине. Например, ширина проводящего слоя 1904 может изменяться по его длине для регулировки импеданса соединительной полосы 1900. В некоторых вариантах реализации толщина, ширина и материал проводящего слоя 1904 могут изменяться по его длине.In some implementations, the thickness of the conductive layer 1904 may vary along its length. For example, the width of the conductive layer 1904 may vary along its length to adjust the impedance of the connecting strip 1900. In some embodiments, the thickness, width, and material of the conductive layer 1904 may vary along its length.
В некоторых вариантах реализации импеданс соединительной полосы 1900 может регулироваться путем добавления компонентов регулировки импеданса (например, конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов) в одном или более местах по длине проводящего слоя 1904. Например, проводящий слой может быть разделен на несколько сегментов по длине, при этом один или более компонентов регулировки импеданса соединяют сегменты. Например, со ссылкой на соединительную полосу из Примера 4 на Фиг. 21, проводящий слой 1904 может быть разделен на два сегмента в области 2102, и компонент регулировки импеданса (например, конденсатор, катушка индуктивности, резистор или их комбинация) может быть электрически подключен между каждым сегментом. В качестве альтернативы или в дополнение компонент регулировки импеданса может быть подключен к проводящему слою в качестве шунтирующего элемента между проводящим слоем 1904 и либо объемной средой 1902, либо проводящим экранирующим слоем 1906.In some implementations, the impedance of the interconnect strip 1900 may be adjusted by adding impedance adjustment components (eg, capacitors, inductors, and resistors) at one or more locations along the length of the conductive layer 1904. For example, the conductive layer may be divided into multiple segments along the length, with In this, one or more impedance adjustment components connect the segments. For example, with reference to the connecting strip from Example 4 in FIG. 21, conductive layer 1904 may be divided into two segments at region 2102, and an impedance adjustment component (eg, a capacitor, inductor, resistor, or combination thereof) may be electrically connected between each segment. Alternatively or in addition, an impedance adjustment component may be connected to the conductive layer as a shunt between the conductive layer 1904 and either the bulk medium 1902 or the conductive shield layer 1906.
В некоторых вариантах реализации ширина, толщина или оба этих параметра проводящего экранирующего слоя 1906 могут изменяться по длине соединительной полосы 1900. В некоторых вариантах реализации ширина, толщина или оба этих параметра диэлектрических слоев 1908 могут изменяться по длине соединительной полосы 1900. Например, в некоторых вариантах реализации площади поперечных сечений проводящего слоя 1904, диэлектрических слоев 1908 и проводящего экранирующего слоя 1906 могут изменяться по длине полосы 1900.In some embodiments, the width, thickness, or both of the conductive shield layer 1906 may vary along the length of the bond strip 1900. In some embodiments, the width, thickness, or both of the dielectric layers 1908 may vary along the length of the bond strip 1900. For example, in some embodiments Realizations of the cross-sectional area of the conductive layer 1904, the dielectric layers 1908, and the conductive shield layer 1906 may vary along the length of the strip 1900.
На Фиг. 23 показаны схематические изображения схем расположения (Схемы A-E расположения) нескольких примерных компоновок проводящего слоя 1904 в соединительной полосе 1900. Первоначально, при линейном расположении (как показано на Фиг. 21) проводящий слой 1904 линейно проходит по длине соединительной полосы 1900. Схемы A-E расположения иллюстрируют соединительные полосы 1900, проводящий слой 1904 которых расположен так, чтобы следовать по нелинейному шаблону или пути. В частности, в примерах на Фиг. 23 показан проводящий слой 1904, расположенный в виде с различных змеевидных узоров. Проиллюстрированные змеевидные узоры предусматривают размещение сегментов проводящего слоя 1904 рядом друг с другом в направлении ширины соединительной полосы 1900. Такое расположение позволяет уменьшить общую длину соединительной полосы 1900 при сохранении необходимой общей длины проводящего слоя 1904. В некоторых областях применения сохранение относительно неизменной длины проводящего слоя 1904 в разных соединительных полосах 1900 способствует сохранению одинакового импеданса между соединительными полосами 1900 разной длины. Например, в каждой из Схем A и B расположения проводящий слой 1904 может иметь одинаковую общую длину. Однако общая длина соединительной полосы 1900 в Схеме B расположения может быть уменьшена до половины длины соединительной полосы 1900 с проводящим слоем с линейным расположением (например, как проиллюстрировано на Фиг. 21). Аналогичным образом общая длина соединительной полосы 1900 в Схеме C расположения может быть уменьшена до одной трети длины соединительной полосы 1900 с проводящим слоем с линейным расположением. Кроме того, соединительные полосы 1900 меньшей длины могут быть размещены в местах корпуса летательного аппарата с ограниченным пространством. Например, соединительные полосы 1900 с проводящим слоем, расположенным согласно Схемам A-E расположения, могут быть размещены в узких областях крыла (например, на концевых обтекателях крыла), в которых не может быть установлена слишком длинная соединительная полоса 1900 с линейным размещением проводящего слоя.On FIG. 23 shows schematic diagrams of layouts (Layouts A-E) of several exemplary arrangements of a conductive layer 1904 in a bond strip 1900. Initially, in a linear arrangement (as shown in FIG. 21), the conductive layer 1904 runs linearly along the length of the bond strip 1900. Layouts A-E illustrate connecting strips 1900 whose conductive layer 1904 is positioned to follow a non-linear pattern or path. In particular, in the examples in FIG. 23 shows the conductive layer 1904 arranged in various serpentine patterns. The serpentine patterns illustrated provide for the placement of segments of the conductive layer 1904 adjacent to each other in the direction of the width of the interconnect strip 1900. This arrangement allows the overall length of the interconnect strip 1900 to be reduced while maintaining the desired overall length of the conductive layer 1904. In some applications, keeping the length of the conductive layer 1904 relatively constant in different connecting strips 1900 helps maintain the same impedance between connecting strips 1900 of different lengths. For example, in each of Arrangements A and B, the conductive layer 1904 may have the same overall length. However, the overall length of the interconnect strip 1900 in Layout B can be reduced to half the length of the interconnect strip 1900 with a conductive layer in a linear arrangement (eg, as illustrated in FIG. 21). Similarly, the total length of the connecting strip 1900 in Arrangement C can be reduced to one third of the length of the connecting strip 1900 with a conductive layer in a linear arrangement. In addition, shorter connecting strips 1900 can be placed in areas of the aircraft body with limited space. For example, connecting strips 1900 with a conductive layer arranged according to Layouts A-E can be placed in narrow areas of the wing (for example, on wing tip fairings) in which an overly long connecting strip 1900 with a linear placement of the conductive layer cannot be installed.
Каждая Схема A-E расположения иллюстрирует соединительную полосу 1900, имеющую проводящий слой 1904, расположенный вдоль нелинейного пути от входного конца 2302 до оконечного конца 2304. Схема A расположения иллюстрирует соединительную полосу 1900 с проводящим слоем 1904, расположенным с двукратным перекрытием. Проводящий слой 1904 в Схеме A расположения включает в себя два сегмента, расположенных рядом друг с другом, например, вдоль U-образного пути от входного конца 2302 до оконечного конца 2304. На Фиг. 24A показан вид разрезе, взятом по линии A-A', соединительной полосы 1900 согласно Схеме A расположения.Each Layout A-E illustrates a bonding strip 1900 having a conductive layer 1904 located along a non-linear path from the input end 2302 to the terminal end 2304. Layout A illustrates a bonding strip 1900 with a conductive layer 1904 arranged in a double overlap. The conductive layer 1904 in Layout A includes two segments adjacent to each other, for example, along a U-shaped path from the input end 2302 to the terminal end 2304. In FIG. 24A shows a sectional view, taken along the line A-A', of the connecting strip 1900 according to the Arrangement Plan A.
Схема B расположения иллюстрирует соединительную полосу 1900 с проводящим слоем 1904, расположенным с трехкратным перекрытием. Проводящий слой 1904 в Схеме B расположения включает в себя три сегмента, расположенных рядом друг с другом, например, вдоль S-образного пути от входного конца 2302 до оконечного конца 2304. На Фиг. 24B показан вид в разрезе, взятом по линии B-B', соединительной полосы 1900 согласно Схеме B расположения.Layout B illustrates a bonding strip 1900 with a conductive layer 1904 arranged in a triple overlap. The conductive layer 1904 in Layout B includes three segments adjacent to each other, for example, along an S-shaped path from the input end 2302 to the terminal end 2304. In FIG. 24B shows a sectional view, taken along the line B-B', of the connecting strip 1900 according to the layout Scheme B.
Схемы C и D расположения иллюстрируют соединительные полосы 1900 с проводящим слоем 1904 с разными вариациями расположения с четырехкратным перекрытием. Проводящий слой 1904 в каждой из Схем C и D расположения включает в себя четыре сегмента, расположенных рядом друг с другом. В Схеме C расположения сегменты проводящего слоя 1904 расположены, например, вдоль M-образного пути (или W-образного пути) от входного конца 2302 до оконечного конца 2304. В Схеме D расположения сегменты проводящего слоя 1904 расположены, например, в виде расположения с двукратным перекрытием, сложенного вдоль самого себя. Аналогичная технология также может быть применена в отношении тройной конфигурации путем складывания проводящего слоя 1904 вдоль самого себя. На Фиг. 24C показан вид разрезе, взятом по линии C-C', соединительной полосы 1900 согласно Схеме C расположения и Схеме D расположения.Layouts C and D illustrate bonding strips 1900 with conductive layer 1904 in various quadruple overlap arrangements. The conductive layer 1904 in each of Arrangements C and D includes four segments adjacent to each other. In Arrangement C, the conductive layer segments 1904 are arranged, for example, along an M-shaped path (or W-shaped path) from the input end 2302 to the terminal end 2304. In Arrangement D, the conductive layer segments 1904 are arranged, for example, in a double overlay folded along itself. A similar technique can also be applied to the triple configuration by folding the conductive layer 1904 along itself. On FIG. 24C shows a sectional view, taken along line C-C', of a connecting strip 1900 according to Layout Scheme C and Layout Scheme D.
Схема E расположения иллюстрирует более общее расположение проводящего слоя 1904. Например, Схема E расположения иллюстрирует пример проводящего слоя 1904 с множеством сегментов разной ширины, расположенных рядом друг с другом. Кроме того, в некоторых вариантах реализации проводящий слой 1904 может включать в себя внутренние связи 2306 между сегментами в различных местах между сегментами, как показано в Схеме E расположения. В некоторых вариантах реализации соединительная полоса 1900 также может включать в себя множество входов 2302 сигнала.Layout Diagram E illustrates a more general arrangement of the conductive layer 1904. For example, Layout Diagram E illustrates an example of a conductive layer 1904 with multiple segments of different widths adjacent to each other. In addition, in some implementations, the conductive layer 1904 may include internal connections 2306 between the segments at various locations between the segments, as shown in the Location Diagram E. In some implementations, the interconnect strip 1900 may also include a plurality of signal inputs 2302.
На Фиг. 25A показан вид в разрезе примерной конфигурации для крепления соединительной полосы 1900 к объемной среде 1902. В частности, на Фиг. 25A показана конфигурация крепления снизу. В конфигурации крепления снизу адгезивный материал 2502 расположен между нижней поверхностью соединительной полосы 1900 (например, нижним диэлектрическим слоем) и поверхностью объемной среды 1902. Например, адгезивный материал может представлять собой, без ограничения, слой двухстороннего адгезива (например, двустороннюю клейкую ленту), смолы или эпоксидной смолы.On FIG. 25A shows a sectional view of an exemplary configuration for attaching a bonding strip 1900 to a bulk medium 1902. In particular, FIG. 25A shows a bottom mount configuration. In a bottom mounting configuration, the adhesive material 2502 is located between the bottom surface of the bonding strip 1900 (e.g., bottom dielectric layer) and the surface of the bulk medium 1902. For example, the adhesive material can be, without limitation, a layer of double-sided adhesive (e.g., double-sided adhesive tape), resin or epoxy resin.
На Фиг. 25B показан вид в разрезе другой примерной конфигурация для крепления соединительной полосы 1900 к объемной среде 1902. В частности, на Фиг. 25B показана конфигурация крепления сверху. В конфигурации крепления сверху адгезивный слой 2504 нанесен поверх соединительной полосы 1900 для крепления соединительной полосы 1900 к обшивке 1902 летательного аппарата. Адгезивный слой 2504 может представлять собой, например, адгезивное покрытие, адгезивную пленку или ленту.On FIG. 25B shows a sectional view of another exemplary configuration for attaching a bonding strip 1900 to a bulk medium 1902. In particular, FIG. 25B shows a top mounting configuration. In a top-mount configuration, an adhesive layer 2504 is applied over the bonding strip 1900 to secure the bonding strip 1900 to the skin 1902 of the aircraft. The adhesive layer 2504 may be, for example, an adhesive coating, adhesive film or tape.
Фиг. 26A представляет собой вид в разрезе соединительной полосы 1900 с двухсторонним адгезивным нижним слоем до установки на объемную среду 1902, а Фиг. 26B представляет собой вид в разрезе соединительной полосы 1900 по Фиг. 26A, установленной на объемную среду 1902. В некоторых вариантах реализации, например, в конфигурации крепления снизу, соединительная полоса 1900 включает в себя адгезивный нижний слой 2608. Адгезивный нижний слой может быть выполнен из двухстороннего адгезивного материала (например, двусторонней клейкой ленты). В таких вариантах реализации двухсторонний адгезивный материал может служить в качестве нижнего диэлектрического слоя (например, нижнего диэлектрического слоя 1908 на Фиг. 19). В некоторых вариантах реализации адгезивный нижний слой 2608 может представлять собой, например, адгезивное покрытие или адгезивную пленку, нанесенную на нижнюю поверхность нижнего диэлектрического слоя 1908. Перед установкой соединительная полоса 1900 с адгезивным нижним слоем 2608 может включать в себя защитный слой 2610 поверх адгезивного нижнего слоя 2608. Защитный слой 2610 может представлять собой, например, отрывной слой. Например, защитный слой 2610 может защищать адгезивный нижний слой 2608 перед установкой. Во время установки защитный слой 2610 может быть удален с адгезивного нижнего слоя 2608, обнажая адгезивную поверхность, так что соединительная полоса 1900 может быть прикреплена к поверхности объемной среды 1902.Fig. 26A is a sectional view of the bonding strip 1900 with the double-sided adhesive backing prior to installation on the bulk medium 1902, and FIG. 26B is a sectional view of the connecting strip 1900 of FIG. 26A installed on bulk media 1902. In some embodiments, such as in a bottom-mount configuration, bonding strip 1900 includes an adhesive backsheet 2608. The adhesive backsheet may be made of a double-sided adhesive material (eg, double-sided adhesive tape). In such embodiments, the double-sided adhesive material may serve as the bottom dielectric layer (eg, bottom dielectric layer 1908 in FIG. 19). In some embodiments, the adhesive backing layer 2608 may be, for example, an adhesive coating or adhesive film applied to the bottom surface of the bottom dielectric layer 1908. Prior to installation, the bonding strip 1900 with the adhesive backing layer 2608 may include a protective layer 2610 over the adhesive backing layer. 2608. The protective layer 2610 may be, for example, a tear-off layer. For example, the backsheet 2610 may protect the adhesive backsheet 2608 prior to installation. During installation, the protective layer 2610 can be removed from the adhesive backing layer 2608, exposing the adhesive surface so that the bonding strip 1900 can be attached to the surface of the bulk medium 1902.
В некоторых вариантах реализации могут быть включены один или более адгезивных слоев 2604 и 2606 для крепления диэлектрического слоя 1908 к проводящему слою 1904 и/или для крепления проводящего экранирующего слоя 1906 к диэлектрическому слою 1908. В некоторых вариантах реализации соединительная полоса 1900 включает в себя защитный слой 2602 поверх проводящего экранирующего слоя 1906. Например, защитный слой 2602 может включать в себя, без ограничения, один или более слоев полиуретана, полифторида, краски, пленки, заменяющей краску, герметика или их комбинации.In some embodiments, one or more adhesive layers 2604 and 2606 may be included to attach the dielectric layer 1908 to the conductive layer 1904 and/or to attach the conductive shield layer 1906 to the dielectric layer 1908. In some embodiments, the bonding strip 1900 includes a protective layer 2602 over a conductive shield layer 1906. For example, the shield layer 2602 may include, without limitation, one or more layers of polyurethane, polyfluoride, paint, paint replacement film, sealant, or combinations thereof.
В некоторых областях применения может потребоваться нагрев непроводящей объемной среды. В таких ситуациях системы нагрева и соединительные полосы, описанные в настоящей заявке, могут быть модифицированы для нагрева непроводящей объемной среды. Например, для нагрева непроводящей объемной среды с помощью системы нагрева с использованием соединительных полос может использоваться встроенный слой.In some applications it may be necessary to heat a non-conductive bulk medium. In such situations, the heating systems and connecting strips described in this application can be modified to heat a non-conductive bulk medium. For example, an embedded layer can be used to heat a non-conductive bulk medium with a heating system using connecting strips.
На Фиг. 27A-27F показаны виды в разрезе различных вариантов реализации встроенных соединительных полос. На Фиг. 27A показана соединительная полоса 2700, аналогичная соединительной полосе 1900 на Фиг. 19. Как и соединительная полоса 1900, соединительная полоса 2700 имеет многослойную конструкцию, которая включает в себя первый диэлектрический слой 1908 поверх объемной среды 1902, проводящий слой 1904 поверх первого диэлектрического слоя 1908, второй диэлектрический слой 1908 поверх проводящего слоя 1904 и проводящий экранирующий слой 1906 поверх второго диэлектрического слоя 1908, и, опционально, защитный слой 2706 поверх проводящего экранирующего слоя 1906. Защитный слой 2706 аналогичен защитному слою 2602, описанному выше. Соединительная полоса 2700 отличается от соединительной полосы 1900 тем, что она прикреплена к поверхности непроводящей объемной среды 2702, а непроводящая объемная среда 2702 включает в себя объемный проводящий материал 2704, встроенный в нее. Например, объемный проводящий материал 2704 может быть выполнен в виде металлической фольги, металлической ленты или в виде плетеного металлического слоя, встроенного в непроводящую объемную среду 2702. Например, непроводящая объемная среда 2702 может представлять собой слоистый материал (например, углепластик, стеклопластик или кевлар) с проводящим объемным материалом 2704, расположенным между слоями непроводящей объемной среды 2702. Объемный проводящий материал 2704 может быть выполнен из проводящих материалов, включая, без ограничения, медь, медные сплавы (например, латунь или бронзу), серебро, серебряные сплавы, алюминий, алюминиевые сплавы, титан, титановые сплавы, хром, никель, никелевые сплавы, кобальтовые сплавы, нержавеющую сталь, графит или их комбинации.On FIG. 27A-27F show sectional views of various embodiments of embedded connecting strips. On FIG. 27A shows a connecting strip 2700 similar to the connecting strip 1900 in FIG. 19. Like the bonding strip 1900, the bonding strip 2700 has a multilayer construction that includes a first dielectric layer 1908 over the bulk medium 1902, a conductive layer 1904 over the first dielectric layer 1908, a second dielectric layer 1908 over the conductive layer 1904, and a conductive shield layer 1906. over the second dielectric layer 1908, and optionally a protective layer 2706 over the conductive shield layer 1906. The protective layer 2706 is similar to the protective layer 2602 described above. The connecting strip 2700 differs from the connecting strip 1900 in that it is attached to the surface of the non-conductive bulk medium 2702, and the non-conductive bulk medium 2702 includes a bulk conductive material 2704 embedded therein. For example, the bulk conductive material 2704 may be in the form of a metal foil, a metal tape, or a braided metal layer embedded in a non-conductive bulk medium 2702. For example, the non-conductive bulk medium 2702 may be a laminate (e.g., carbon fiber, fiberglass, or kevlar) with conductive bulk material 2704 sandwiched between layers of non-conductive bulk medium 2702. Bulk conductive material 2704 may be made of conductive materials including, but not limited to, copper, copper alloys (such as brass or bronze), silver, silver alloys, aluminium, aluminum alloys, titanium, titanium alloys, chromium, nickel, nickel alloys, cobalt alloys, stainless steel, graphite, or combinations thereof.
В каждом из примеров, проиллюстрированных на Фиг. 27A-27F, переменный ток, проходящий через проводящий слой 1904 соединительной полосы 2700, вырабатывает ток нагрева в объемном проводящем материале 2704, а не в непроводящей объемной среде 2702. Затем тепло, выработанное в объемном проводящем материале 2704, передается непроводящей объемной среде 2702 (например, за счет теплопроводности). В некоторых примерах, если непроводящая объемная среда обладает некоторой электропроводностью, тепло также будет вырабатываться в непроводящем участке в дополнение к слою объемного проводящего материала.In each of the examples illustrated in FIG. 27A-27F, an alternating current passing through the conductive layer 1904 of the connecting strip 2700 generates a heating current in the bulk conductive material 2704, and not in the non-conductive bulk media 2702. The heat generated in the bulk conductive material 2704 is then transferred to the non-conductive bulk media 2702 (for example, due to heat conduction). In some examples, if the non-conductive bulk medium has some electrical conductivity, heat will also be generated in the non-conductive region in addition to the layer of bulk conductive material.
На Фиг. 27B показан вариант реализации соединительной полосы 2700, которая включает в себя только защитный слой 2706, проводящий слой 1904 и диэлектрический слой 1908. Соединительная полоса 2700 скомпонована так, что защитный слой 2706 расположен поверх проводящего слоя 1904, а проводящий слой 1904 расположен поверх диэлектрического слоя 1908. Диэлектрический слой 1908 отделен от встроенного проводящего объемного материала 2704 участком непроводящей объемной среды 2702.On FIG. 27B shows an embodiment of an interconnect strip 2700 that includes only a protective layer 2706, a conductive layer 1904, and a dielectric layer 1908. The interconnect strip 2700 is configured such that the protective layer 2706 is located over the conductive layer 1904 and the conductive layer 1904 is positioned over the dielectric layer 1908. The dielectric layer 1908 is separated from the embedded conductive bulk material 2704 by a portion of the non-conductive bulk medium 2702.
На Фиг. 27C показан вариант реализации соединительной полосы 2700, которая включает в себя проводящий слой 1904, встроенный в непроводящую объемную среду 2702. Соединительная полоса 2700 на Фиг. 27C включает в себя защитный слой 2706, проводящий экранирующий слой 1906, диэлектрический слой 1908 и проводящий слой 1904. Соединительная полоса 2700 скомпонована так, что защитный слой 2706, проводящий экранирующий слой 1906 и диэлектрический слой 1908 расположены поверх проводящего слоя 1904. Проводящий слой 1904 встроен в непроводящую объемную среду 2702 и отделен от проводящего объемного материала 2704 участком непроводящей объемной среды 2702. Например, каждый из проводящего слоя 1904 и проводящего объемного материала 2704 может быть расположен между разными слоями непроводящей объемной среды 2702.On FIG. 27C shows an embodiment of a bonding strip 2700 that includes a conductive layer 1904 embedded in a non-conductive bulk medium 2702. The bonding strip 2700 of FIG. 27C includes a protective layer 2706, a conductive shield layer 1906, a dielectric layer 1908, and a conductive layer 1904. The connecting strip 2700 is arranged such that the protective layer 2706, the conductive shield layer 1906, and the dielectric layer 1908 are located on top of the conductive layer 1904. The conductive layer 1904 is embedded into the non-conductive bulk media 2702 and is separated from the conductive bulk material 2704 by a portion of the non-conductive bulk media 2702. For example, each of the conductive layer 1904 and the conductive bulk material 2704 may be located between different layers of the non-conductive bulk media 2702.
На Фиг. 27D показан вариант соединительной полосы 2700, проиллюстрированной на Фиг. 27C, но без защитного слоя 2706, проводящего экранирующего слоя 1906 и диэлектрического слоя 1908.On FIG. 27D shows a variant of the connecting strip 2700 illustrated in FIG. 27C, but without the protective layer 2706, the conductive shield layer 1906, and the dielectric layer 1908.
На Фиг. 27E показан вариант соединительной полосы 2700, проиллюстрированной на Фиг. 27D, но с обратным расположением проводящего слоя 1904 и проводящего объемного материала 2704. То есть в компоновке соединительной полосы 2700, проиллюстрированной на Фиг. 27E, проводящий объемный материал 2704 расположен ближе к поверхности непроводящей объемной среды 2702, чем проводящий слой 1904.On FIG. 27E shows a variant of the connecting strip 2700 illustrated in FIG. 27D but with the conductive layer 1904 and conductive bulk material 2704 in reverse. That is, in the interconnect strip 2700 arrangement illustrated in FIG. 27E, the conductive bulk material 2704 is located closer to the surface of the non-conductive bulk medium 2702 than the conductive layer 1904.
На Фиг. 27F показан вариант реализации соединительной полосы 2700, которая включает в себя проводящий слой 1904 и проводящий экранирующий слой 1906, встроенный в непроводящую объемную среду 2702. В компоновке соединительной полосы 2700, проиллюстрированной на Фиг. 27F, участки непроводящей объемной среды 2702 (например, слои непроводящей объемной среды 2702) отделяют проводящий слой 1904 от проводящего экранирующего слоя 1906 и от проводящего объемного материала 2704. Непроводящая объемная среда 2702 выполняет ту же функцию, что диэлектрические слои 1908 в соединительной полосе 1900, показанной на Фиг. 19.On FIG. 27F shows an embodiment of a connector strip 2700 that includes a conductive layer 1904 and a conductive shield layer 1906 embedded in a non-conductive bulk medium 2702. In the connector strip 2700 arrangement illustrated in FIG. 27F, portions of non-conductive bulk media 2702 (e.g., non-conductive bulk media layers 2702) separate conductive layer 1904 from conductive shield layer 1906 and from conductive bulk material 2704. shown in FIG. 19.
На Фиг. 28 показаны схематические изображения одного варианта реализации соединителя 2802 соединительной полосы. Схематическое изображение 2805 представляет собой принципиальную схему соединителя 2802. Соединитель 2802 включает в себя встроенную схему 2804 регулировки импеданса. Схема 2804 регулировки импеданса электрически подключена между входным сигнальным интерфейсом 2806 и соединительной полосой 1900. Например, входной сигнальный интерфейс 2806 может представлять собой подключение коаксиального кабеля. Входная клемма 2810 входного сигнального интерфейса 2806 (например, центральный провод подключения коаксиального кабеля) подключена к проводящему слою 1904 соединительной полосы 1900 проводом 2808. Клемма (клеммы) 2814 заземления входного сигнального интерфейса 2806 (например, экрана подключения коаксиального кабеля) подключена к объемной среде 1902 и/или к проводящему экранирующему слою 1906 соединительной полосы 1900 одним или более проводами 2812.On FIG. 28 shows schematic representations of one embodiment of a connector strip 2802. Schematic representation 2805 is a schematic diagram of a connector 2802. Connector 2802 includes a built-in impedance adjustment circuit 2804. An impedance adjustment circuit 2804 is electrically connected between the input signal interface 2806 and the connecting strip 1900. For example, the input signal interface 2806 may be a coaxial cable connection. The input terminal 2810 of the input signal interface 2806 (for example, the center wire of connecting the coaxial cable) is connected to the conductive layer 1904 of the connecting strip 1900 by wire 2808. and/or to the conductive shield layer 1906 of the connecting strip 1900 by one or more wires 2812.
Схема 2804 регулировки импеданса выполнена с возможностью регулировки входного импеданса соединительной полосы 1900 до необходимого уровня, который измеряется на входном сигнальном интерфейсе 2806. Схема 2804 регулировки импеданса может представлять собой фиксированную или переменную схему регулировки импеданса. Например, схема 2804 регулировки импеданса может быть реализована как одна из схем регулировки импеданса, описанных выше со ссылкой на Фиг. 12-15B. На схематическом изображении 2850 схема 2804 регулировки импеданса реализована в виде шунтирующего конденсатора C1 между заземлением, подключенным к проводящему экранирующему слою 1906 соединительной полосы 1900 и/или к объемной среде 1902 (или объемному проводящему материалу 2704 в случае реализации для непроводящей объемной среды).The impedance adjustment circuit 2804 is configured to adjust the input impedance of the connecting strip 1900 to a desired level, which is measured at the signal input interface 2806. The impedance adjustment circuit 2804 may be a fixed or variable impedance adjustment circuit. For example, the impedance adjustment circuit 2804 may be implemented as one of the impedance adjustment circuits described above with reference to FIG. 12-15B. In the schematic representation 2850, the impedance adjustment circuit 2804 is implemented as a shunt capacitor C 1 between ground connected to the conductive shield layer 1906 of the connecting strip 1900 and/or to the bulk medium 1902 (or bulk conductive material 2704 if implemented for a non-conductive bulk medium).
На Фиг. 29 показаны схематические изображения другого варианта реализации соединителя 2902 соединительной полосы. Соединитель 2902 включает в себя два входных сигнальных интерфейса 2906A и 2906B, например, для последовательного подключения множества соединительных полос 1900 друг к другу. Схематическое изображение 2905 представляет собой принципиальную схему соединителя 2902. Соединитель 2902 включает в себя встроенную схему 2904 регулировки импеданса. Схема 2904 регулировки импеданса включает в себя последовательные шунтирующие компоненты 2904A, 2904B, 2904C регулировки импеданса, электрически подключенные между входными сигнальными интерфейсами 2906A, 2906B и соединительной полосой 1900. Например, входные сигнальные интерфейсы 2906A и 2906B могут представлять собой подключения коаксиальных кабелей. Соответствующие входные клеммы 22910 входных сигнальных интерфейсов 2906A, 2906B подключены к проводящему слою 1904 соединительной полосы 1900 и друг к другу проводом 2808. Соответствующая клемма (клеммы) 2914 заземления входных сигнальных интерфейсов 2906A, 2906B подключены к объемной среде 1902 и/или к проводящему экранирующему слою 1906 соединительной полосы 1900 одним или более проводами 2912.On FIG. 29 shows schematic representations of another embodiment of a connector strip 2902. Connector 2902 includes two input signal interfaces 2906A and 2906B, for example, for connecting multiple connector strips 1900 in series to each other. Schematic representation 2905 is a schematic diagram of a connector 2902. Connector 2902 includes a built-in impedance adjustment circuit 2904. The impedance adjustment circuit 2904 includes serial shunt impedance adjustment components 2904A, 2904B, 2904C electrically connected between signal input interfaces 2906A, 2906B and interconnect strip 1900. For example, signal input interfaces 2906A and 2906B may be coaxial cable connections. The respective input terminals 22910 of the signal input interfaces 2906A, 2906B are connected to the conductive layer 1904 of the connecting strip 1900 and to each other by wire 2808. layer 1906 connecting strip 1900 with one or more wires 2912.
На схематическом изображении 2950 схема 2804 регулировки импеданса реализована в виде последовательных конденсатора C1 и двух шунтирующих конденсаторов C2, C3 между заземлением, подключенным к проводящему экранирующему слою 1906 соединительной полосы 1900 и/или к объемной среде 1902 (или объемному проводящему материалу 2704 в случае реализации для непроводящей объемной среды).In the schematic representation 2950, the impedance adjustment circuit 2804 is implemented as a series capacitor C 1 and two shunt capacitors C 2 , C 3 between ground connected to the conductive shielding layer 1906 of the connecting strip 1900 and/or to the bulk medium 1902 (or the bulk conductive material 2704 in case of implementation for a non-conductive bulk medium).
Фиг. 30 представляет собой структурную схему первой примерной системы 3000 нагрева объемной среды с использованием соединительных полос 1900 согласно вариантам реализации настоящего изобретения. Система 3000 нагрева включает в себя несколько соединительных полос 1900, расположенных на расстоянии друг от друга и прикрепленных к объемной среде 1902 (например, к крылу летательного аппарата). Каждая соединительная полоса 1900 подключена к системе 3002 управления питанием. Система 3002 управления питанием может быть реализована согласно любому из вариантов реализации системы 104 управления питанием, рассмотренных выше. Система 3002 управления питанием подает переменный ток на каждую полосу.Fig. 30 is a block diagram of a first exemplary bulk medium heating system 3000 using bonding strips 1900 according to embodiments of the present invention. The heating system 3000 includes a plurality of connecting strips 1900 spaced apart and attached to a bulk medium 1902 (eg, an aircraft wing). Each interconnect strip 1900 is connected to a power management system 3002. Power management system 3002 may be implemented according to any of the power management system 104 implementations discussed above. The power management system 3002 supplies AC power to each strip.
Один конец каждой соединительной полосы 1900 (называемый в настоящей заявке «входным концом») подключен к системе 3002 управления питанием через соединитель 3004. В проиллюстрированном примере противоположный конец каждой соединительной полосы 1900 (называемый в настоящей заявке «оконечным концом») имеет либо разомкнутую оконечную нагрузку 3006, либо замкнутую оконечную нагрузку 3008. Соединительные полосы 1900 расположены чередующимся образом, при этом каждая соседняя пара соединительных полос 1900 имеет оконечные нагрузки разного типа. Например, одна соединительная полоса 1900 в каждой соседней паре обеспечена разомкнутой оконечной нагрузкой 3006 на оконечном конце, тогда как другая соединительная полоса 1900 в паре обеспечена замкнутой оконечной нагрузкой 3008. Разомкнутые оконечные нагрузки 3006 означают, что оконечный конец соединительной полосы 1900 оставлен в виде разомкнутой цепи; не подключен к электрическому заземлению через объемную среду 1902 или проводящий экранирующий слой соединительной полосы 1900. В некоторых вариантах реализации замкнутые оконечные нагрузки 3008 представляют собой короткозамкнутые цепи между проводящим слоем соединительной полосы 1900 и объемной средой 1902 и/или проводящим экранирующим слоем соединительной полосы 1900. В некоторых вариантах реализации замкнутые оконечные нагрузки 3008 представляют собой емкостные оконечные нагрузки, при этом между проводящим слоем соединительной полосы 1900 и электрическим заземлением подключен конденсатор. Например, конденсатор подключен между проводящим слоем соединительной полосы 1900 и либо объемной средой 1902, либо проводящим экранирующим слоем соединительной полосы 1900. В некоторых вариантах реализации замкнутые оконечные нагрузки 3008 представляют собой индуктивные оконечные нагрузки, при этом между проводящим слоем соединительной полосы 1900 и электрическим заземлением подключена катушка индуктивности. Например, катушка индуктивности подключена между проводящим слоем соединительной полосы 1900 и либо объемной средой 1902, либо проводящим экранирующим слоем соединительной полосы 1900. В некоторых вариантах реализации замкнутые оконечные нагрузки 3008 представляют собой резистивные оконечные нагрузки, при этом между проводящим слоем соединительной полосы 1900 и электрическим заземлением подключен резистор. Например, резистор подключен между проводящим слоем соединительной полосы 1900 и либо объемной средой 1902, либо проводящим экранирующим слоем соединительной полосы 1900.One end of each interconnect strip 1900 (referred to in this application as the "input end") is connected to the power management system 3002 via connector 3004. In the illustrated example, the opposite end of each interconnect strip 1900 (referred to in this application as the "terminal end") has either an open termination 3006 or closed termination 3008. The connecting strips 1900 are arranged in an alternating manner, with each adjacent pair of connecting strips 1900 having a different type of termination. For example, one bond strip 1900 in each adjacent pair is provided with an open termination 3006 at the termination end, while the other bond strip 1900 in the pair is provided with a closed termination 3008. Open terminations 3006 means that the termination end of the interconnect strip 1900 is left in open circuit. ; not connected to electrical ground through bulk medium 1902 or conductive shield layer of interconnect strip 1900. In some implementations, closed terminations 3008 are short circuits between the conductive layer of interconnect strip 1900 and bulk medium 1902 and/or conductive shield layer of interconnect strip 1900. B In some embodiments, closed terminations 3008 are capacitive terminations, with a capacitor connected between the conductive layer of interconnect strip 1900 and electrical ground. For example, a capacitor is connected between the conductive layer of the interconnect strip 1900 and either the bulk medium 1902 or the conductive shield layer of the interconnect strip 1900. In some implementations, the closed terminations 3008 are inductive terminations, with a inductor. For example, an inductor is connected between the conductive layer of the interconnect strip 1900 and either the bulk medium 1902 or the conductive shield layer of the interconnect strip 1900. resistor connected. For example, a resistor is connected between the conductive layer of the connecting strip 1900 and either the bulk medium 1902 or the conductive shielding layer of the connecting strip 1900.
Комплементарные типы оконечных нагрузок могут быть применены к соседним соединительным полосам 1900 для обеспечения необходимого входного импеданса в системе 3002 управления питанием, для обеспечения необходимого распределения тепла в объемной среде 1902 или для выполнения обеих функций. Например, соединительные полосы 1900 могут быть установлены на объемной среде 1902 так, что соседние соединительные полосы 1900 имеют комплементарные типы оконечных нагрузок. Например, оконечные нагрузки соседних соединительных полос 1900 могут чередоваться между разомкнутыми оконечными нагрузками 3006 и короткозамкнутыми оконечными нагрузками (например, замкнутая оконечная нагрузка 3008, реализованная в виде короткозамкнутых цепей). В другом примере оконечные нагрузки соседних соединительных полос 1900 могут чередоваться между замкнутой оконечной нагрузкой 3008, реализованной в виде емкостных оконечных нагрузок, и замкнутой оконечной нагрузкой 3008, реализованной в виде индуктивных оконечных нагрузок.Complementary termination types may be applied to adjacent interconnect strips 1900 to provide the required input impedance to the power management system 3002, to provide the required heat distribution in the bulk environment 1902, or to perform both functions. For example, interconnect strips 1900 may be installed on bulk media 1902 such that adjacent interconnect strips 1900 have complementary termination types. For example, terminations of adjacent interconnect strips 1900 may alternate between open terminations 3006 and short circuit terminations (eg, closed termination 3008 implemented as short circuits). In another example, the terminations of adjacent interconnect strips 1900 may alternate between closed termination 3008 implemented as capacitive terminations and closed termination 3008 implemented as inductive terminations.
Фиг. 31 представляет собой структурную схему второй примерной системы 3100 нагрева объемной среды с использованием соединительных полос 1900 согласно вариантам реализации настоящего изобретения. Система 3100 нагрева аналогична системе 3000 нагрева, описанной выше, с добавлением системы 3102 управления, выполненной с возможностью управления переменными оконечными нагрузками 3106, прикрепленными к оконечному концу каждой соединительной полосы 1900. Переменные оконечные нагрузки 3106 включают в себя переключаемую оконечную нагрузку. В некоторых вариантах реализации переменные оконечные нагрузки 3106 выполнены с возможностью переключения между короткозамкнутой оконечной нагрузкой и разомкнутой оконечной нагрузкой. Например, переменные оконечные нагрузки 3106 включают в себя управляемый переключатель, подключенный между проводящим слоем соединительной полосы 1900 и электрическим заземлением. Управляемый переключатель может быть реализован в виде электронного переключателя (например, транзистора, силового диода, тиристора, кремниевого управляемого выпрямителя и т.д.) или механического переключателя (например, реле). Например, управляемый переключатель подключен между проводящим слоем соединительной полосы 1900 и либо объемной средой 1902, либо проводящим экранирующим слоем соединительной полосы 1900. Выход системы управления подключен к клемме управления управляемого переключателя.Fig. 31 is a block diagram of a second exemplary bulk medium heating system 3100 using bonding strips 1900 according to embodiments of the present invention. The heating system 3100 is similar to the heating system 3000 described above, with the addition of a control system 3102 configured to control the variable terminations 3106 attached to the terminus end of each connecting strip 1900. The variable terminations 3106 include a switchable termination. In some embodiments, variable terminations 3106 are configured to switch between a shorted termination and an open termination. For example, variable terminations 3106 include a controllable switch connected between the conductive layer of interconnect strip 1900 and electrical ground. The controlled switch can be implemented as an electronic switch (eg transistor, power diode, thyristor, silicon controlled rectifier, etc.) or a mechanical switch (eg relay). For example, a controlled switch is connected between the conductive layer of the connecting strip 1900 and either the bulk medium 1902 or the conductive shielding layer of the connecting strip 1900. The output of the control system is connected to the control terminal of the controlled switch.
Оконечная нагрузка каждой соединительной полосы 1900 может переключаться между разомкнутой цепью и короткозамкнутой цепью путем размыкания и замыкания управляемого переключателя (или включения и отключения электронного переключателя). Например, система 3102 управления управляет работой переменных оконечных нагрузок 3106 соединительной полосы 1900 путем управления управляемым переключателем для изменения типа оконечной нагрузки соединительной полосы 1900 по мере необходимости для нагрева объемной среды 1902. В некоторых вариантах реализации система 3102 управления может независимо управлять каждой переменной оконечной нагрузкой 3106 соединительной полосы. В некоторых вариантах реализации система 3102 управления может синхронно управлять переменными оконечными нагрузками 3106 группы (например, пары или большей группы) соединительных полос. В некоторых вариантах реализации система 3102 управления может управлять переключением переменных оконечных нагрузок 3106 одной или более соединительных полос 1900 через регулярные промежутки времени, например, согласно регулярному рабочему циклу. Рабочий цикл для переключения переменных оконечных нагрузок 3106 может находиться в диапазоне от 0,01 Гц до 100 Гц.The termination of each interconnect strip 1900 can be switched between open circuit and short circuit by opening and closing a controlled switch (or turning an electronic switch on and off). For example, the control system 3102 controls the operation of the variable terminations 3106 of the interconnect strip 1900 by operating a controlled switch to change the type of termination of the interconnect strip 1900 as needed to heat the bulk medium 1902. In some embodiments, the control system 3102 may independently control each variable termination 3106 connecting strip. In some embodiments, the control system 3102 may synchronously control the variable terminations 3106 of a group (eg, a pair or larger group) of trunks. In some embodiments, the control system 3102 may control the switching of the variable terminations 3106 of one or more interconnect strips 1900 at regular intervals, such as according to a regular duty cycle. The duty cycle for switching variable terminations 3106 can range from 0.01 Hz to 100 Hz.
В некоторых вариантах реализации система 3102 управления управляет работой переменных оконечных нагрузок 3106 путем поочередного переключения между разомкнутыми и замкнутыми оконечными нагрузками. Например, система 3102 управления переключает половину переменных оконечных нагрузок 3106 на короткозамкнутые оконечные нагрузки, а половину переменных оконечных нагрузок 3106 на разомкнутые оконечные нагрузки в первой половине рабочего цикла. Затем во второй половине рабочего цикла система 3102 управления переключает переменные оконечные нагрузки 3106 так, что оконечные нагрузки, переключенные на разомкнутые оконечные нагрузки, переключаются на замкнутые оконечные нагрузки, и наоборот. Рабочий цикл для переключения переменных оконечных нагрузок 3106 может находиться в диапазоне от 0,01 Гц до 100 Гц.In some implementations, the control system 3102 controls the variable terminations 3106 by alternately switching between open and closed terminations. For example, the control system 3102 switches half of the variable terminations 3106 to short circuit terminations and half of the variable terminations 3106 to open terminations in the first half of the duty cycle. Then, in the second half of the duty cycle, the control system 3102 switches the variable terminations 3106 so that the terminations switched to open terminations are switched to closed terminations, and vice versa. The duty cycle for switching variable terminations 3106 can range from 0.01 Hz to 100 Hz.
В некоторых вариантах реализации переменные оконечные нагрузки 3106 каждой пары соседних соединительных полос 1900 управляются для сохранения противоположного типа оконечных нагрузок. То есть система 3102 управления управляет переменными оконечными нагрузками 3106 так, что оконечная нагрузка одной соединительной полосы 1900 в каждой соседней паре выполнена в виде разомкнутой цепи, а оконечная нагрузка другой соединительной полосы 1900 в паре выполнена в виде разомкнутой цепи, при этом оконечные нагрузки чередуются в каждой половине рабочего цикла.In some implementations, the variable terminations 3106 of each pair of adjacent interconnect strips 1900 are controlled to maintain the opposite termination type. That is, the control system 3102 controls the variable terminations 3106 such that the termination of one interconnect strip 1900 in each adjacent pair is configured as an open circuit, and the termination of the other interconnect strip 1900 in the pair is configured as an open circuit, with the terminations interleaved in every half of the working cycle.
Система 3102 управления может представлять собой вычислительное устройство с одним или более процессорами или микроконтроллерами, выполненными с возможностью управления работой переменных оконечных нагрузок 3106. Например, система 3102 управления включает в себя память, в которой хранятся инструкции (например, программный код), которые при выполнении системой управления побуждают систему 3102 управления к подаче соответствующих сигналов управления управляемым переключателям в переменных оконечных нагрузках 3106. В некоторых вариантах реализации система 3002 управления питанием и система 3102 управления могут быть объединены в общую систему управления питанием и управления.Control system 3102 may be a computing device with one or more processors or microcontrollers configured to control the operation of variable terminations 3106. For example, control system 3102 includes a memory that stores instructions (eg, program code) that, when executed, control system causes the control system 3102 to provide appropriate control signals to the controlled switches in the variable terminations 3106. In some embodiments, the power management system 3002 and the control system 3102 may be combined into a common power management and control system.
В некоторых вариантах реализации переменные оконечные нагрузки 3106 выполнены с возможностью переключения между емкостной оконечной нагрузкой и индуктивной оконечной нагрузкой. Например, управляемый переключатель может быть выполнен с возможностью переключения между подключением проводящего слоя соединительной полосы 1900 к конденсатору, который подключен к заземлению, или подключением проводящего слоя соединительной полосы 1900 к катушке индуктивности, которая подключена к заземлению. Как отмечено выше, заземление может проходить либо через объемную среду 1902, либо через проводящий экранирующий слой соединительной полосы 1900. Кроме того, в таких вариантах реализации система 3102 управления может работать, как описано выше, для поочередного переключения переменных оконечных нагрузок 3106 между проводящими и индуктивными оконечными нагрузками.In some embodiments, variable terminations 3106 are configured to switch between capacitive termination and inductive termination. For example, a controllable switch may be configured to switch between connecting the conductive layer of interconnect strip 1900 to a capacitor that is connected to ground, or connecting the conductive layer of interconnect strip 1900 to an inductor that is connected to ground. As noted above, the ground may be through either the bulk medium 1902 or the conductive shield layer of the interconnect strip 1900. In addition, in such implementations, the control system 3102 may operate as described above to alternately switch the variable terminations 3106 between conductive and inductive. end loads.
В других вариантах реализации переменные оконечные нагрузки 3106 могут быть модифицированы для переключения между разными типами оконечных нагрузок, например, между разомкнутыми оконечными нагрузками и емкостными оконечными нагрузками, между короткозамкнутыми оконечными нагрузками и индуктивными оконечными нагрузками, между разомкнутыми оконечными нагрузками и индуктивными оконечными нагрузками, между короткозамкнутыми оконечными нагрузками и емкостными оконечными нагрузками, между разомкнутыми оконечными нагрузками и резистивными оконечными нагрузками, между короткозамкнутыми оконечными нагрузками и резистивными оконечными нагрузками или другими их комбинациями.In other implementations, the variable terminations 3106 can be modified to switch between different types of terminations, for example, between open terminations and capacitive terminations, between short-circuited terminations and inductive terminations, between open-circuited terminations and inductive terminations, between short-circuited terminations terminations and capacitive terminations, between open terminations and resistive terminations, between short circuit terminations and resistive terminations, or other combinations thereof.
Фиг. 32 представляет собой структурную схему третьей примерной системы 3200 нагрева объемной среды с использованием соединительных полос согласно вариантам реализации настоящего изобретения. Система 3200 нагрева выполнена с возможностью поочередного приведения в действие соседних соединительных полос 1900. Система 3200 нагрева аналогична системе 3000 нагрева, описанной выше, с добавлением системы 3202 управления, выполненной с возможностью приведения в действие переключаемых соединителей 3204, прикрепленных к входному концу каждой соединительной полосы 1900. Переключаемые соединители 3204 включают в себя управляемый переключатель, выполненный с возможностью подключения соответствующей соединительной полосы 1900 к системе 3002 управления питанием и отключения от нее. Управляемый переключатель может быть реализован в виде электронного переключателя (например, транзистора, силового диода, тиристора, кремниевого управляемого выпрямителя и т.д.) или механического переключателя (например, реле). Например, управляемый переключатель подключен между проводящим слоем соединительной полосы 1900 и входной клеммой переключаемого соединителя 3204. Выход системы управления подключен к клемме управления управляемого переключателя.Fig. 32 is a block diagram of a third exemplary bulk medium heating system 3200 using bonding strips according to embodiments of the present invention. The heating system 3200 is configured to alternately actuate adjacent connecting strips 1900. The heating system 3200 is similar to the heating system 3000 described above, with the addition of a control system 3202 configured to actuate switchable connectors 3204 attached to the input end of each connecting strip 1900 The switchable connectors 3204 include a controllable switch operable to connect an appropriate connector strip 1900 to and from the power management system 3002. The controlled switch can be implemented as an electronic switch (eg transistor, power diode, thyristor, silicon controlled rectifier, etc.) or a mechanical switch (eg relay). For example, a controlled switch is connected between the conductive layer of the connecting strip 1900 and the input terminal of the switchable connector 3204. The output of the control system is connected to the control terminal of the controlled switch.
Система 3202 управления управляет работой переключаемого соединителя 3204 для поочередного подключения и отключения соединительных полос 1900 от системы 3002 управления питанием, эффективно подключая и отключая соединительные полосы 1900. Например, система 3202 управления может управлять переключаемыми соединителями 3204 для поочередного подключения и отключения соединительных полос 1900. Например, система 3202 управления управляет работой переключаемых соединителей 3204 соединительной полосы 1900 путем управления управляемым переключателем для подключения или отключения соединительной полосы 1900 по мере необходимости для нагрева объемной среды 1902. В некоторых вариантах реализации система 3102 управления может независимо управлять каждой переменной оконечной нагрузкой 3106 соединительной полосы. В некоторых вариантах реализации система 3102 управления может синхронно управлять переменными оконечными нагрузками 3106 группы (например, пары или большей группы) соединительных полос. В некоторых вариантах реализации система 3102 управления может управлять переключением переменных оконечных нагрузок 3106 одной или более соединительных полос 1900 через регулярные промежутки времени, например, согласно регулярному рабочему циклу. Рабочий цикл для переключения переменных оконечных нагрузок 3106 может находиться в диапазоне от 0,01 Гц до 100 Гц. В некоторых вариантах реализации система 3202 управления подключает соединительные полосы 1900 с разомкнутыми оконечными нагрузками 3006 и отключает соединительные полосы 1900 с замкнутыми оконечными нагрузками 3008 в первой половине рабочего цикла. Затем во второй половине рабочего цикла система 3202 управления переключает переключаемые соединители 3204 для отключения соединительных полос 1900 с разомкнутыми оконечными нагрузками 3006 и подключения соединительных полос 1900 с замкнутыми оконечными нагрузками 3008.The control system 3202 controls the operation of the switchable connector 3204 to alternately connect and disconnect the connecting strips 1900 from the power management system 3002, effectively connecting and disconnecting the connecting strips 1900. For example, the control system 3202 can control the switching connectors 3204 to alternately connect and disconnect the connecting strips 1900. For example , the control system 3202 controls the operation of the switchable connectors 3204 of the trunk 1900 by operating a controlled switch to connect or disconnect the trunk 1900 as needed to heat the bulk medium 1902. In some implementations, the control system 3102 may independently control each variable termination 3106 of the trunk. In some embodiments, the control system 3102 may synchronously control the variable terminations 3106 of a group (eg, a pair or larger group) of trunks. In some embodiments, the control system 3102 may control the switching of the variable terminations 3106 of one or more interconnect strips 1900 at regular intervals, such as according to a regular duty cycle. The duty cycle for switching variable terminations 3106 can range from 0.01 Hz to 100 Hz. In some implementations, the control system 3202 turns on interconnect strips 1900 with open terminations 3006 and disconnects interconnect strips 1900 with closed terminations 3008 in the first half of the duty cycle. Then, in the second half of the operating cycle, the control system 3202 toggles the switchable connectors 3204 to disconnect the connecting strips 1900 with open terminations 3006 and connect the connecting strips 1900 with closed terminations 3008.
Система 3202 управления может представлять собой вычислительное устройство с одним или более процессорами или микроконтроллерами, выполненными с возможностью управления работой переменных оконечных нагрузок 3106. Например, система 3202 управления включает в себя память, в которой хранятся инструкции (например, программный код), которые при выполнении системой управления побуждают систему 3202 управления к подаче соответствующих сигналов управления управляемым переключателям в переменных оконечных нагрузках 3106. В некоторых вариантах реализации система 3002 управления питанием и система 3202 управления могут быть объединены в общую систему управления питанием и управления.Control system 3202 may be a computing device with one or more processors or microcontrollers configured to control the operation of variable terminations 3106. For example, control system 3202 includes a memory that stores instructions (eg, program code) that, when executed, control system causes the control system 3202 to provide appropriate control signals to the controlled switches in the variable terminations 3106. In some embodiments, the power management system 3002 and the control system 3202 may be combined into a common power management and control system.
В контексте настоящей заявки выражения «перпендикулярно», или «по существу перпендикулярно», или «под прямым углом», или «по существу под прямым углом» относятся к взаимному расположению двух элементов (например, линий, направлений, осей, плоскостей, поверхностей или компонентов), которое образует угол девяносто градусов в пределах допустимых отклонений при проектировании или измерении. Например, направления могут считаться перпендикулярными, если угол между направлениями находится в пределах допустимого отклонения от девяноста градусов (например, ±1-2 градуса).In the context of this application, the expressions "perpendicular" or "substantially perpendicular" or "at right angles" or "essentially at right angles" refer to the relative position of two elements (for example, lines, directions, axes, planes, surfaces or components) that forms an angle of ninety degrees within design or measurement tolerances. For example, directions may be considered perpendicular if the angle between the directions is within a tolerance of ninety degrees (eg, ±1-2 degrees).
Хотя настоящая заявка содержит множество конкретных деталей вариантов реализации, их следует рассматривать не как ограничение объема какого-либо изобретения или объема того, что может быть заявлено, а как описания признаков, которые могут быть специфичными для конкретных вариантов реализации конкретных изобретений. Некоторые признаки, описанные в настоящей заявке в контексте отдельных вариантов реализации, также могут быть реализованы в комбинации в одном варианте реализации. И наоборот, различные признаки, описанные в контексте одного варианта реализации, также могут быть реализованы во множестве вариантов реализации по отдельности или в любой подходящей подкомбинации. Кроме того, хотя признаки могут быть описаны выше как действующие в определенных комбинациях и даже первоначально заявлены как таковые, один или более признаков из заявленной комбинации в некоторых случаях могут быть исключены из комбинации, и заявленная комбинация может быть направлена на подкомбинацию или изменение подкомбинации.Although the present application contains many specific details of embodiments, they should not be considered as limiting the scope of any invention or the scope of what may be claimed, but as descriptions of features that may be specific to particular embodiments of particular inventions. Some of the features described in this application in the context of separate implementation options, can also be implemented in combination in one embodiment. Conversely, various features described in the context of one embodiment may also be implemented in multiple embodiments individually or in any suitable subcombination. In addition, although the features may be described above as operating in certain combinations and even initially claimed as such, one or more features from the claimed combination may in some cases be excluded from the combination, and the claimed combination may be directed to a subcombination or subcombination variation.
Аналогичным образом, хотя операции проиллюстрированы на чертежах в конкретном порядке, это не следует понимать как требование того, что такие операции должны выполняться в конкретном показанном порядке или в последовательном порядке, или что для достижения необходимого результата должны выполняться все проиллюстрированные операции. В определенных обстоятельствах могут быть предпочтительны многозадачность и параллельная обработка. Кроме того, разделение различных модулей и компонентов системы в вариантах реализации, описанных выше, не следует понимать как требование такого разделения во всех вариантах реализации, и следует понимать, что описанные программные компоненты и системы в общем могут быть объединены в одном программном и/или аппаратном продукте или упакованы во множество программных и/или аппаратных продуктов.Similarly, although the operations are illustrated in the drawings in a specific order, this should not be understood as a requirement that such operations must be performed in the particular order shown or in sequential order, or that all illustrated operations must be performed to achieve the desired result. In certain circumstances, multitasking and parallel processing may be preferred. In addition, the separation of the various modules and system components in the embodiments described above should not be understood as requiring such separation in all implementations, and it should be understood that the software components and systems described can generally be combined in a single software and/or hardware product or packaged in a variety of software and/or hardware products.
Выше были описаны конкретные варианты реализации объекта настоящего изобретения. Другие варианты реализации находятся в пределах объемы следующей формулы изобретения. Например, действия, указанные в формуле изобретения, могут быть выполнены в другом порядке, и при этом все еще могут быть достигнуты необходимые результаты. В качестве одного примера процессы, проиллюстрированные на приложенных чертежах, не обязательно требуют конкретного показанного порядка или последовательного порядка для достижения желаемого результата. В некоторых случаях могут быть предпочтительны многозадачность и параллельная обработка.The specific embodiments of the object of the present invention have been described above. Other implementation options are within the scope of the following claims. For example, the steps in the claims may be performed in a different order and still achieve the desired results. As one example, the processes illustrated in the accompanying drawings do not necessarily require the particular order shown or sequential order to achieve the desired result. In some cases, multitasking and parallel processing may be preferred.
Перечисленные ниже варианты реализации также являются инновационными в дополнение к вариантам реализации приложенной формулы изобретения и вариантам реализации, описанным выше:The following embodiments are also innovative in addition to the embodiments of the appended claims and the embodiments described above:
Вариант реализации 1 представляет собой систему для нагрева внешней поверхности объемной среды, причем система содержит: две или более соединительных полос, расположенных на расстоянии друг от друга и прикрепленных к объемной среде, причем каждая из соединительных полос содержит многослойную конструкцию, проходящую вдоль поверхности объемной среды, которая в комбинации с объемной средой образует линию электропередачи, причем многослойная конструкция содержит: первый диэлектрический слой поверх объемной среды, проводящий слой поверх первого диэлектрического слоя, второй диэлектрический слой поверх проводящего слоя и проводящий экранирующий слой поверх второго диэлектрического слоя; и систему управления питанием, подключенную к проводящему слою каждой из соединительных полос и к объемной среде, причем система управления питанием выполнена с возможностью нагрева поверхности объемной среды путем подачи электрического тока на соединительные полосы.Embodiment 1 is a system for heating the outer surface of a bulk medium, the system comprising: two or more connecting strips located at a distance from each other and attached to the bulk medium, each of the connecting strips containing a multilayer structure extending along the surface of the bulk medium, which, in combination with the bulk medium, forms a power line, the multilayer structure comprising: a first dielectric layer over the bulk medium, a conductive layer over the first dielectric layer, a second dielectric layer over the conductive layer, and a conductive shielding layer over the second dielectric layer; and a power management system connected to the conductive layer of each of the connecting strips and to the bulk medium, the power management system being configured to heat the surface of the bulk medium by applying electric current to the connecting strips.
Вариант реализации 2 представляет собой систему согласно варианту реализации 1, в которой система управления питанием выполнена с возможностью подачи электрического тока на соединительные полосы с частотой переменного тока от 1 кГц до 450 МГц.Embodiment 2 is the system of Embodiment 1 in which the power management system is configured to supply electrical current to the connecting strips at an AC frequency of 1 kHz to 450 MHz.
Вариант реализации 3 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 1 или 2, в которой проводящий слой расположен в пределах 1 дюйма от объемной среды.Embodiment 3 is a system according to any of Embodiments 1 or 2 in which the conductive layer is located within 1 inch of the bulk medium.
Вариант реализации 4 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой система управления питанием выполнена с возможностью подачи переменного тока величиной от 0,1 А до 200 А на каждую соединительную полосу.Embodiment 4 is a system according to any of the previous embodiments in which the power management system is configured to supply 0.1 A to 200 A AC per interconnect strip.
Вариант реализации 5 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой проводящий слой по меньшей мере одной из соединительных полос расположен в виде змеевидного узора, в котором сегменты проводящего слоя расположены рядом друг с другом.Embodiment 5 is a system according to any of the previous embodiments, in which the conductive layer of at least one of the connecting strips is arranged in a serpentine pattern in which the conductive layer segments are arranged next to each other.
Вариант реализации 6 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой проводящий слой отделен от объемной среды на первое расстояние, в которой проводящий экранирующий слой отделен от проводящего слоя на второе расстояние, и в которой соотношение между первым расстоянием и вторым расстоянием находится в диапазоне от 1:1 до 1:5.Embodiment 6 is a system according to any of the previous embodiments, in which the conductive layer is separated from the bulk medium by a first distance, in which the conductive shield layer is separated from the conductive layer by a second distance, and in which the ratio between the first distance and the second distance is in range from 1:1 to 1:5.
Вариант реализации 7 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 1-5, в которой проводящий слой отделен от объемной среды на первое расстояние, в которой проводящий экранирующий слой отделен от проводящего слоя на второе расстояние, и в которой соотношение между первым расстоянием и вторым расстоянием находится в диапазоне от 5:1 до 1:5.Embodiment 7 is a system according to any one of Embodiments 1-5, wherein the conductive layer is separated from the bulk medium by a first distance, wherein the conductive shield layer is separated from the conductive layer by a second distance, and wherein the ratio between the first distance and the second distance is in the range from 5:1 to 1:5.
Вариант реализации 8 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 1-5, в которой проводящий слой отделен от объемной среды на первое расстояние, в которой проводящий экранирующий слой отделен от проводящего слоя на второе расстояние, и в которой соотношение между первым расстоянием и вторым расстоянием находится в диапазоне от 1:1 до 5:1.Embodiment 8 is a system according to any one of Embodiments 1-5, in which the conductive layer is separated from the bulk medium by a first distance, in which the conductive shield layer is separated from the conductive layer by a second distance, and in which the ratio between the first distance and the second distance is in the range from 1:1 to 5:1.
Вариант реализации 9 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 1-5, в которой первый диэлектрический слой имеет первую толщину, в которой второй диэлектрический слой имеет вторую толщину, и в которой соотношение между первой толщиной и второй толщиной находится в диапазоне от 1:1 до 1:5.Embodiment 9 is a system according to any one of Embodiments 1-5, wherein the first dielectric layer has a first thickness, wherein the second dielectric layer has a second thickness, and wherein the ratio between the first thickness and the second thickness is in the range of 1:1 up to 1:5.
Вариант реализации 10 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 1-5, в которой первый диэлектрический слой имеет первую толщину, в которой второй диэлектрический слой имеет вторую толщину, и в которой соотношение между первой толщиной и второй толщиной находится в диапазоне от 1:1 до 5:1.Embodiment 10 is a system according to any one of Embodiments 1-5, wherein the first dielectric layer has a first thickness, wherein the second dielectric layer has a second thickness, and wherein the ratio between the first thickness and the second thickness is in the range of 1:1 up to 5:1.
Вариант реализации 11 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой проводящий слой по меньшей мере одной из соединительных полос имеет ширину поперек проводящего слоя, которая изменяется по длине проводящего слоя.Embodiment 11 is a system according to any of the previous embodiments, wherein the conductive layer of at least one of the connecting strips has a width across the conductive layer that varies along the length of the conductive layer.
Вариант реализации 12 представляет собой систему согласно варианту реализации 11, в которой проводящий слой по меньшей мере одной из соединительных полос имеет ширину поперек проводящего слоя, которая изменяется по длине проводящего слоя, в которой ширина поперек проводящего слоя изменяется от максимальной ширины до минимальной ширины, и в которой максимальная ширина от 1,5 до 100 раз больше минимальной ширины.Embodiment 12 is the system according to Embodiment 11, in which the conductive layer of at least one of the connecting strips has a width across the conductive layer that varies along the length of the conductive layer, in which the width across the conductive layer varies from a maximum width to a minimum width, and in which the maximum width is from 1.5 to 100 times the minimum width.
Вариант реализации 13 представляет собой систему согласно варианту реализации 11, в которой ширина поперек проводящего слоя изменяется от максимальной ширины до минимальной ширины, и в которой максимальная ширина от 1,5 до 100 раз больше минимальной ширины.Embodiment 13 is a system according to Embodiment 11 in which the width across the conductive layer varies from the maximum width to the minimum width, and in which the maximum width is 1.5 to 100 times the minimum width.
Вариант реализации 14 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой проводящий слой по меньшей мере одной из соединительных полос содержит множество сегментов с одним или более элементами цепи, подключенными между каждой парой сегментов.Embodiment 14 is a system according to any of the previous embodiments, wherein the conductive layer of at least one of the connecting strips comprises a plurality of segments with one or more circuit elements connected between each pair of segments.
Вариант реализации 15 представляет собой систему согласно варианту реализации 14, в которой один или более элементов цепи содержат конденсаторы.Embodiment 15 is the system of Embodiment 14 in which one or more circuit elements comprise capacitors.
Вариант реализации 16 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой проводящий слой по меньшей мере одной из соединительных полос имеет толщину, которая изменяется по длине проводящего слоя.Embodiment 16 is a system according to any of the previous embodiments, wherein the conductive layer of at least one of the connecting strips has a thickness that varies along the length of the conductive layer.
Вариант реализации 17 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой объемная среда образует второй экранирующий слой для линии электропередачи, образованной в комбинации с каждой из соединительных полос.Embodiment 17 is a system according to any of the previous embodiments, in which the bulk medium forms a second shielding layer for the power line formed in combination with each of the connecting strips.
Вариант реализации 18 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой каждый из проводящего слоя и проводящего экранирующего слоя содержит по меньшей мере один материал из меди, серебра или алюминия.Embodiment 18 is a system according to any of the previous embodiments, wherein the conductive layer and the conductive shield layer each comprise at least one copper, silver, or aluminum material.
Вариант реализации 19 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой проводящий слой содержит титан.Implementation 19 is a system according to any of the previous implementations, in which the conductive layer contains titanium.
Вариант реализации 20 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой проводящий экранирующий слой содержит по меньшей мере один материал из медной фольги, алюминиевой фольги или плетеного экранирующего материала.Embodiment 20 is a system according to any of the previous embodiments, wherein the conductive shield layer comprises at least one copper foil, aluminum foil, or braided shield material.
Вариант реализации 21 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой каждый из первого диэлектрического слоя и второго диэлектрического слоя содержит по меньшей мере один материал из каптона или майлара.Embodiment 21 is a system according to any of the previous embodiments, wherein each of the first dielectric layer and the second dielectric layer contains at least one Kapton or Mylar material.
Вариант реализации 22 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой первый диэлектрический слой и второй диэлектрический слой содержат по меньшей мере один материал из полиэтилентерефталата (ПЭТФ), политетрафторэтилена (ПТФЭ) или резины.Embodiment 22 is a system according to any of the previous embodiments, wherein the first dielectric layer and the second dielectric layer comprise at least one polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE), or rubber material.
Вариант реализации 23 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой многослойная конструкция дополнительно содержит защитный слой поверх проводящего экранирующего слоя.Embodiment 23 is a system according to any of the previous embodiments, wherein the sandwich structure further comprises a protective layer over a conductive shield layer.
Вариант реализации 24 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой первый диэлектрический слой содержит адгезивный материал.Implementation 24 is a system according to any of the previous implementations, in which the first dielectric layer contains an adhesive material.
Вариант реализации 25 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой многослойная конструкция дополнительно содержит: первый адгезивный слой между проводящим слоем и вторым диэлектрическим слоем и второй адгезивный слой между вторым диэлектрическим слоем и проводящим экранирующим слоем.Embodiment 25 is a system according to any of the previous embodiments, wherein the sandwich structure further comprises: a first adhesive layer between the conductive layer and the second dielectric layer and a second adhesive layer between the second dielectric layer and the conductive shield layer.
Вариант реализации 26 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и в которой по меньшей мере одна из соединительных полос содержит электропроводящий путь до электрического заземления на оконечном конце.Embodiment 26 is a system according to any of the previous embodiments, in which each connecting strip comprises a first end and a termination end, in which the conductive layer of each connecting strip is connected to a power management system at the first end, and in which at least one of the connecting strips strips contains an electrically conductive path to electrical ground at the terminal end.
Вариант реализации 27 представляет собой систему согласно варианту реализации 26, в которой электрическое заземление содержит объемную среду.Embodiment 27 is the system of Embodiment 26 in which the electrical ground contains a bulk medium.
Вариант реализации 28 представляет собой систему согласно варианту реализации 26, в которой электрическое заземление содержит проводящий экранирующий слой по меньшей мере одной соединительной полосы.Embodiment 28 is a system according to Embodiment 26, wherein the electrical ground comprises a conductive shield layer of at least one bond strip.
Вариант реализации 29 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и в которой по меньшей мере одна из соединительных полос содержит разомкнутую цепь между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце.Embodiment 29 is a system according to any of the previous embodiments, in which each connection strip comprises a first end and a termination end, in which the conductive layer of each connection strip is connected to a power management system at the first end, and in which at least one of the connection strips strips contains an open circuit between the conductive layer and electrical ground at the terminal end.
Вариант реализации 30 представляет собой систему согласно варианту реализации 29, в которой электрическое заземление содержит объемную среду.Embodiment 30 is the system of Embodiment 29 in which the electrical ground contains a bulk medium.
Вариант реализации 31 представляет собой систему согласно варианту реализации 29, в которой электрическое заземление содержит проводящий экранирующий слой по меньшей мере одной соединительной полосы.Embodiment 31 is the system according to Embodiment 29, in which the electrical grounding comprises a conductive shielding layer of at least one connecting strip.
Вариант реализации 32 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и в которой по меньшей мере одна из соединительных полос содержит элемент цепи, подключенный между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце, причем элемент цепи содержит по меньшей мере одно из конденсатора, катушки индуктивности или резистора.Embodiment 32 is a system according to any of the previous embodiments, in which each connecting strip comprises a first end and a termination end, in which the conductive layer of each connecting strip is connected to a power management system at the first end, and in which at least one of the connecting strips strips contains a circuit element connected between the conductive layer and electrical ground at the terminal end, and the circuit element contains at least one of a capacitor, inductor or resistor.
Вариант реализации 33 представляет собой систему согласно варианту реализации 32, в которой электрическое заземление содержит объемную среду.Embodiment 33 is the system of Embodiment 32 in which the electrical ground contains a bulk medium.
Вариант реализации 34 представляет собой систему согласно варианту реализации 32, в которой электрическое заземление содержит проводящий экранирующий слой по меньшей мере одной соединительной полосы.Embodiment 34 is the system of Embodiment 32, wherein the electrical ground comprises a conductive shield layer of at least one bond strip.
Вариант реализации 35 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, в которой первая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит разомкнутую цепь между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце, и в которой вторая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит электропроводящий путь до электрического заземления на оконечном конце.Embodiment 35 is a system according to any of the previous embodiments, in which each interconnect strip comprises a first end and a termination end, in which the conductive layer of each interconnect strip is connected to a power management system at the first end, in which the first interconnect strip in each adjacent pair of the connecting strips in turn comprises an open circuit between the conductive layer and electrical ground at the terminating end, and wherein the second connecting strip in each adjacent pair of connecting strips in turn comprises an electrically conductive path to electrical earth at the terminating end.
Вариант реализации 36 представляет собой систему согласно варианту реализации 34, в которой электрическое заземление содержит объемную среду.Embodiment 36 is a system according to embodiment 34 in which the electrical ground contains a bulk medium.
Вариант реализации 37 представляет собой систему согласно варианту реализации 34, в которой электрическое заземление содержит соответствующий проводящий экранирующий слой первой и второй соединительных полос.Embodiment 37 is the system of Embodiment 34 in which the electrical grounding comprises a corresponding conductive shield layer of the first and second bond strips.
Вариант реализации 38 представляет собой систему согласно варианту реализации 34, в которой система управления питанием выполнена с возможностью поочередного переключения между подачей электрического тока на первую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос и подачей электрического тока на вторую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос.Embodiment 38 is the system of Embodiment 34 wherein the power management system is operable to alternately switch between energizing a first bond strip in each adjacent pair of bond strips and energizing a second bond strip in each adjacent pair of bond strips.
Вариант реализации 39 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, в которой первая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит конденсатор, подключенный между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце, и в которой вторая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит катушку индуктивности, подключенную между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце.Embodiment 39 is a system according to any of the previous embodiments, in which each interconnect strip comprises a first end and a termination end, in which the conductive layer of each interconnect strip is connected to a power management system at the first end, in which the first interconnect strip in each adjacent pair of the connecting strips in turn comprises a capacitor connected between the conductive layer and electrical ground at the terminal end, and in which the second connecting strip in each adjacent pair of connecting strips in turn contains an inductor connected between the conductive layer and electrical ground at the terminal end.
Вариант реализации 40 представляет собой систему согласно варианту реализации 39, в которой электрическое заземление содержит объемную среду.Embodiment 40 is the system of Embodiment 39 in which the electrical ground contains a bulk medium.
Вариант реализации 41 представляет собой систему согласно варианту реализации 39, в которой электрическое заземление содержит соответствующий проводящий экранирующий слой первой и второй соединительных полос.Embodiment 41 is the system according to Embodiment 39, in which the electrical grounding comprises a corresponding conductive shield layer of the first and second connecting strips.
Вариант реализации 42 представляет собой систему согласно варианту реализации 39, в которой система управления питанием выполнена с возможностью поочередного переключения между подачей электрического тока на первую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос и подачей электрического тока на вторую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос.Embodiment 42 is the system of Embodiment 39, wherein the power management system is configured to alternately switch between supplying electrical current to a first bond strip in each adjacent pair of interconnect strips and supplying electrical current to a second interconnect strip in each adjacent pair of interconnect strips.
Вариант реализации 43 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и в которой каждая соединительная полоса содержит переключатель, подключенный на оконечном конце между проводящим слоем и объемной средой и/или проводящим экранирующим слоем, причем при нахождении в первом состоянии переключатель образует разомкнутую цепь между проводящим слоем и объемной средой или проводящим экранирующим слоем, а при нахождении во втором состоянии переключатель образует замкнутую цепь между проводящим слоем и электрическим заземлением.Embodiment 43 is a system according to any of the previous embodiments, in which each connection strip includes a first end and a termination end, in which the conductive layer of each connection strip is connected to a power management system at the first end, and in which each connection strip contains a switch, connected at the terminal end between the conductive layer and the bulk medium and/or the conductive shielding layer, wherein, when in the first state, the switch forms an open circuit between the conductive layer and the bulk medium or the conductive shielding layer, and when in the second state, the switch forms a closed circuit between the conductive layer and electrical grounding.
Вариант реализации 44 представляет собой систему согласно варианту реализации 43, в которой электрическое заземление представляет собой объемную среду.Embodiment 44 is the system of Embodiment 43 in which the electrical ground is a bulk medium.
Вариант реализации 45 представляет собой систему согласно варианту реализации 43, в которой электрическое заземление представляет собой проводящий экранирующий слой.Embodiment 45 is the system of Embodiment 43 in which the electrical ground is a conductive shield layer.
Вариант реализации 46 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой две или более соединительных полос электрически подключены друг к другу параллельным образом.Embodiment 46 is a system according to any of the previous embodiments in which two or more connecting strips are electrically connected to each other in parallel.
Вариант реализации 47 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой две или более соединительных полос электрически подключены друг к другу последовательным образом.Embodiment 47 is a system according to any of the previous embodiments in which two or more connecting strips are electrically connected to each other in a serial manner.
Вариант реализации 48 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой объемная среда содержит объемную среду, лопасть ветровой турбины, крышу здания или железнодорожные пути.Embodiment 48 is a system according to any of the previous embodiments, wherein the volumetric medium comprises a volumetric medium, a wind turbine blade, a building roof, or railroad tracks.
Вариант реализации 49 представляет собой систему для нагрева внешней части конструкции причем система содержит: конструкцию, которая должна быть нагрета, причем конструкция выполнена из непроводящего материала и содержит объемный проводящий материал, встроенный в нее; две или более соединительных полос, расположенных на расстоянии друг от друга и прикрепленных к конструкции, причем каждая из соединительных полос содержит многослойную конструкцию, проходящую вдоль конструкции, которая в комбинации с объемным проводящим материалом, встроенным в конструкцию, образует линию электропередачи, причем многослойная конструкция содержит: проводящий слой, перекрывающий проводящий материал, и первый диэлектрический слой между объемным проводящим материалом и первым проводящим слоем; и систему управления питанием, подключенную к проводящему слою каждой из соединительных полос и к конструкции, причем система управления питанием выполнена с возможностью нагрева внешней части конструкции путем подачи электрического тока на соединительные полосы.Embodiment 49 is a system for heating the exterior of a structure, the system comprising: a structure to be heated, the structure being made of a non-conductive material and having a bulk conductive material embedded therein; two or more connecting strips spaced apart and attached to the structure, each of the connecting strips comprising a multilayer structure extending along the structure which, in combination with a bulk conductive material embedded in the structure, forms a transmission line, the multilayer structure comprising : a conductive layer overlapping the conductive material and a first dielectric layer between the bulk conductive material and the first conductive layer; and a power management system connected to the conductive layer of each of the connecting strips and to the structure, the power management system being configured to heat the outside of the structure by supplying electric current to the connecting strips.
Вариант реализации 50 представляет собой систему согласно пункту 49, в которой каждая соединительная полоса проходит вдоль поверхности конструкции, и в которой многослойная конструкция дополнительно содержит защитный слой поверх проводящего слоя.Embodiment 50 is the system of claim 49, in which each bonding strip extends along the surface of the structure, and in which the sandwich structure further comprises a protective layer over the conductive layer.
Вариант реализации 51 представляет собой систему согласно пункту 49, в которой каждая соединительная полоса проходит вдоль поверхности конструкции, и в которой многослойная конструкция дополнительно содержит: проводящий экранирующий слой поверх проводящего слоя, второй диэлектрический слой между проводящим слоем и проводящим экранирующим слоем и защитный слой поверх проводящего экранирующего слоя.Embodiment 51 is the system according to item 49, in which each connecting strip extends along the surface of the structure, and in which the multilayer structure further comprises: a conductive shield layer over the conductive layer, a second dielectric layer between the conductive layer and the conductive shield layer, and a protective layer over the conductive layer. shielding layer.
Вариант реализации 52 представляет собой систему согласно пункту 49, в которой участок каждой соединительной полосы проходит вдоль поверхности конструкции, в которой проводящий слой встроен в конструкцию, в которой участок конструкции образует первый диэлектрический слой, и в которой многослойная конструкция дополнительно содержит: проводящий экранирующий слой поверх проводящего слоя, второй диэлектрический слой между проводящим слоем и проводящим экранирующим слоем и защитный слой поверх проводящего экранирующего слоя.Embodiment 52 is the system according to item 49, in which a section of each connecting strip extends along the surface of the structure, in which the conductive layer is embedded in the structure, in which the structure section forms the first dielectric layer, and in which the multilayer structure further comprises: a conductive shield layer over a conductive layer, a second dielectric layer between the conductive layer and the conductive shield layer, and a protective layer over the conductive shield layer.
Вариант реализации 53 представляет собой систему согласно пункту 49, в которой проводящий слой встроен в конструкцию, в которой первый участок конструкции образует первый диэлектрический слой, и в которой многослойная конструкция дополнительно содержит: проводящий экранирующий слой, встроенный в конструкцию и перекрывающий проводящий слой, и второй диэлектрический слой, образованный вторым участком конструкции и расположенный между проводящим слоем и проводящим экранирующим слоем.Embodiment 53 is the system according to item 49, in which the conductive layer is embedded in the structure, in which the first portion of the structure forms the first dielectric layer, and in which the multilayer structure further comprises: a conductive shield layer embedded in the structure and overlapping the conductive layer, and a second a dielectric layer formed by the second section of the structure and located between the conductive layer and the conductive shielding layer.
Вариант реализации 54 представляет собой систему согласно пункту 49, в которой проводящий слой встроен в конструкцию, и в которой участок конструкции образует первый диэлектрический слой.Embodiment 54 is the system of claim 49 in which the conductive layer is embedded in the structure and in which the structure portion forms the first dielectric layer.
Вариант реализации 55 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-54, в которой система управления питанием выполнена с возможностью подачи электрического тока на соединительные полосы с частотой переменного тока от 1 кГц до 450 МГц.Embodiment 55 is a system according to any one of embodiments 49-54 wherein the power management system is configured to supply electrical current to the connecting strips at an AC frequency of 1 kHz to 450 MHz.
Вариант реализации 56 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-55, в которой проводящий слой расположен в пределах 1 дюйма от объемного проводящего материала.Embodiment 56 is a system according to any of embodiments 49-55 in which the conductive layer is located within 1 inch of the bulk conductive material.
Вариант реализации 57 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-56, в которой система управления питанием выполнена с возможностью подачи переменного тока величиной от 0,1 А до 200 А на каждую соединительную полосу.Embodiment 57 is a system according to any one of Embodiments 49-56 wherein the power management system is configured to supply 0.1 A to 200 A AC per interconnect strip.
Вариант реализации 58 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-57, в которой проводящий слой по меньшей мере одной из соединительных полос расположен в виде змеевидного узора, в котором сегменты проводящего слоя расположены рядом друг с другом.Embodiment 58 is a system according to any one of Embodiments 49-57 wherein the conductive layer of at least one of the connecting strips is arranged in a serpentine pattern in which the conductive layer segments are adjacent to each other.
Вариант реализации 59 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 51-53, в которой проводящий слой отделен от объемного проводящего материала на первое расстояние, в которой проводящий экранирующий слой отделен от проводящего слоя на второе расстояние, и в которой соотношение между первым расстоянием и вторым расстоянием находится в диапазоне от 1:1 до 1:5.Embodiment 59 is a system according to any one of Embodiments 51-53, in which the conductive layer is separated from the bulk conductive material by a first distance, in which the conductive shield layer is separated from the conductive layer by a second distance, and in which the ratio between the first distance and the second distance ranges from 1:1 to 1:5.
Вариант реализации 60 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 51-53, в которой проводящий слой отделен от объемного проводящего материала на первое расстояние, в которой проводящий экранирующий слой отделен от проводящего слоя на второе расстояние, и в которой соотношение между первым расстоянием и вторым расстоянием находится в диапазоне от 1:1 до 5:1.Embodiment 60 is a system according to any one of Embodiments 51-53, in which the conductive layer is separated from the bulk conductive material by a first distance, in which the conductive shield layer is separated from the conductive layer by a second distance, and in which the ratio between the first distance and the second distance ranges from 1:1 to 5:1.
Вариант реализации 61 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-60, в которой проводящий слой по меньшей мере одной из соединительных полос имеет ширину поперек проводящего слоя, которая изменяется по длине проводящего слоя.Embodiment 61 is a system according to any one of Embodiments 49-60, wherein the conductive layer of at least one of the connecting strips has a width across the conductive layer that varies along the length of the conductive layer.
Вариант реализации 62 представляет собой систему согласно варианту реализации 61, в которой ширина поперек проводящего слоя изменяется от максимальной ширины до минимальной ширины, и в которой максимальная ширина от 1,5 до 100 раз больше минимальной ширины.Embodiment 62 is the system of Embodiment 61 in which the width across the conductive layer varies from the maximum width to the minimum width, and in which the maximum width is 1.5 to 100 times the minimum width.
Вариант реализации 63 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-62, в которой проводящий слой по меньшей мере одной из соединительных полос содержит множество сегментов с одним или более элементами цепи, подключенными между каждой парой сегментов.Embodiment 63 is a system according to any one of embodiments 49-62, wherein the conductive layer of at least one of the connecting strips comprises a plurality of segments with one or more circuit elements connected between each pair of segments.
Вариант реализации 64 представляет собой систему согласно варианту реализации 63, в которой один или более элементов цепи содержат конденсаторы.Embodiment 64 is a system according to embodiment 63 in which one or more circuit elements contain capacitors.
Вариант реализации 65 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-64, в которой проводящий слой по меньшей мере одной из соединительных полос имеет толщину, которая изменяется по длине проводящего слоя.Embodiment 65 is a system according to any one of Embodiments 49-64, wherein the conductive layer of at least one of the connecting strips has a thickness that varies along the length of the conductive layer.
Вариант реализации 66 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-65, в которой объемный проводящий материал образует второй экранирующий слой для линии электропередачи, образованной в комбинации с каждой из соединительных полос.Embodiment 66 is a system according to any one of embodiments 49-65, wherein the bulk conductive material forms a second shield layer for the power line formed in combination with each of the connecting strips.
Вариант реализации 67 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 51-53, в которой каждый из проводящего слоя и проводящего экранирующего слоя содержит по меньшей мере один материал из меди, серебра или алюминия.Embodiment 67 is a system according to any one of Embodiments 51-53, wherein the conductive layer and the conductive shield layer each comprise at least one copper, silver, or aluminum material.
Вариант реализации 68 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-67, в которой проводящий слой содержит титан.Embodiment 68 is a system according to any of Embodiments 49-67 wherein the conductive layer contains titanium.
Вариант реализации 69 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 51-53, в которой проводящий экранирующий слой содержит по меньшей мере один материал из медной фольги, алюминиевой фольги или плетеного экранирующего материала.Embodiment 69 is a system according to any one of Embodiments 51-53, wherein the conductive shield layer comprises at least one copper foil, aluminum foil, or braided shield material.
Вариант реализации 70 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-69, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и в которой по меньшей мере одна из соединительных полос содержит электропроводящий путь, подключенный между проводящим слоем и объемным проводящим материалом на оконечном конце.Embodiment 70 is a system according to any one of Embodiments 49-69, in which each interconnect strip comprises a first end and a termination end, in which the conductive layer of each interconnect strip is connected to a power management system at the first end, and in which at least one of the connecting strips contains an electrically conductive path connected between the conductive layer and the bulk conductive material at the terminal end.
Вариант реализации 71 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-70, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и в которой по меньшей мере одна из соединительных полос содержит разомкнутую цепь между проводящим слоем и объемным проводящим материалом на оконечном конце.Embodiment 71 is a system according to any one of Embodiments 49-70, in which each interconnect strip comprises a first end and a termination end, in which the conductive layer of each interconnect strip is connected to a power management system at the first end, and in which at least one of the connecting strips contains an open circuit between the conductive layer and the bulk conductive material at the terminal end.
Вариант реализации 72 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-71, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и в которой по меньшей мере одна из соединительных полос содержит элемент цепи, подключенный между проводящим слоем и объемным проводящим материалом на оконечном конце, причем элемент цепи содержит по меньшей мере одно из конденсатора, катушки индуктивности или резистора.Embodiment 72 is a system according to any one of Embodiments 49-71, in which each interconnect strip comprises a first end and a termination end, in which the conductive layer of each interconnect strip is connected to a power management system at the first end, and in which at least one of the connecting strips contains a circuit element connected between the conductive layer and the bulk conductive material at the terminal end, and the circuit element contains at least one of a capacitor, inductor or resistor.
Вариант реализации 73 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-72, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, в которой первая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит разомкнутую цепь между проводящим слоем и объемным проводящим материалом на оконечном конце, и в которой вторая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит электропроводящий путь, подключенный между проводящим слоем и объемным проводящим материалом на оконечном конце.Embodiment 73 is a system according to any one of Embodiments 49-72, in which each interconnect strip comprises a first end and a termination end, in which the conductive layer of each interconnect strip is connected to a power management system at the first end, in which the first interconnect strip in each the adjacent pair of connecting strips in turn contains an open circuit between the conductive layer and the bulk conductive material at the terminal end, and in which the second connecting strip in each adjacent pair of connecting strips in turn contains an electrically conductive path connected between the conductive layer and the bulk conductive material at the terminal end.
Вариант реализации 74 представляет собой систему согласно варианту реализации 73, в которой система управления питанием выполнена с возможностью поочередного переключения между подачей электрического тока на первую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос и подачей электрического тока на вторую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос.Embodiment 74 is a system according to Embodiment 73, wherein the power management system is configured to alternately switch between energizing a first bond strip in each adjacent pair of bond strips and energizing a second bond strip in each adjacent pair of bond strips.
Вариант реализации 75 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-74, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, в которой первая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит конденсатор, подключенный между проводящим слоем и объемным проводящим материалом на оконечном конце, и в которой вторая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит катушку индуктивности, подключенную между проводящим слоем и объемным проводящим материалом на оконечном конце.Embodiment 75 is a system according to any one of Embodiments 49-74, in which each interconnect strip comprises a first end and a termination end, in which the conductive layer of each interconnect strip is connected to a power management system at the first end, in which the first interconnect strip in each the adjacent pair of connecting strips in turn contains a capacitor connected between the conductive layer and the bulk conductive material at the terminal end, and in which the second connecting strip in each adjacent pair of connecting strips in turn contains an inductor connected between the conductive layer and the bulk conductive material at the terminal end.
Вариант реализации 76 представляет собой систему согласно варианту реализации 75, в которой система управления питанием выполнена с возможностью поочередного переключения между подачей электрического тока на первую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос и подачей электрического тока на вторую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос.Embodiment 76 is the system of Embodiment 75 wherein the power management system is operable to alternately switch between energizing the first bond strip in each adjacent pair of bond strips and energizing the second bond strip in each adjacent pair of bond strips.
Вариант реализации 77 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-76, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и в которой по меньшей мере одна из соединительных полос содержит электропроводящий путь до электрического заземления на оконечном конце.Embodiment 77 is a system according to any one of Embodiments 49-76, in which each interconnect strip comprises a first end and a termination end, in which the conductive layer of each interconnect strip is connected to a power management system at the first end, and in which at least one of the connecting strips contains an electrically conductive path to electrical ground at the terminal end.
Вариант реализации 78 представляет собой систему согласно варианту реализации 77, в которой электрическое заземление содержит проводящий объемный материал.Embodiment 78 is the system of Embodiment 77 in which the electrical ground comprises a conductive bulk material.
Вариант реализации 79 представляет собой систему согласно варианту реализации 77, в которой электрическое заземление содержит проводящий экранирующий слой по меньшей мере одной соединительной полосы.Embodiment 79 is a system according to Embodiment 77, in which the electrical ground comprises a conductive shield layer of at least one connecting strip.
Вариант реализации 80 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-79, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и в которой по меньшей мере одна из соединительных полос содержит разомкнутую цепь между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце.Embodiment 80 is a system according to any one of Embodiments 49-79, in which each interconnect strip comprises a first end and a termination end, in which the conductive layer of each interconnect strip is connected to a power management system at the first end, and in which at least one of the connecting strips contains an open circuit between the conductive layer and electrical ground at the terminal end.
Вариант реализации 81 представляет собой систему согласно варианту реализации 80, в которой электрическое заземление содержит проводящий объемный материал.Embodiment 81 is the system of Embodiment 80 in which the electrical ground comprises a conductive bulk material.
Вариант реализации 82 представляет собой систему согласно варианту реализации 80, в которой электрическое заземление содержит проводящий экранирующий слой по меньшей мере одной соединительной полосы.Embodiment 82 is a system according to embodiment 80 in which the electrical ground comprises a conductive shield layer of at least one bond strip.
Вариант реализации 83 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-82, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и в которой по меньшей мере одна из соединительных полос содержит элемент цепи, подключенный между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце, причем элемент цепи содержит по меньшей мере одно из конденсатора, катушки индуктивности или резистора.Embodiment 83 is a system according to any one of Embodiments 49-82, in which each interconnect strip comprises a first end and a termination end, in which the conductive layer of each interconnect strip is connected to a power management system at the first end, and in which at least one of the connecting strips contains a circuit element connected between the conductive layer and electrical ground at the terminal end, and the circuit element contains at least one of a capacitor, inductor or resistor.
Вариант реализации 84 представляет собой систему согласно варианту реализации 71, в которой электрическое заземление содержит проводящий объемный материал.Embodiment 84 is the system of Embodiment 71 in which the electrical ground comprises a conductive bulk material.
Вариант реализации 85 представляет собой систему согласно варианту реализации 71, в которой электрическое заземление содержит проводящий экранирующий слой по меньшей мере одной соединительной полосы.Embodiment 85 is the system of Embodiment 71 in which the electrical ground comprises a conductive shield layer of at least one bond strip.
Вариант реализации 86 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-85, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, в которой первая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит разомкнутую цепь между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце, и в которой вторая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит электропроводящий путь, подключенный между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце.Embodiment 86 is a system according to any one of Embodiments 49-85, in which each interconnect strip comprises a first end and a termination end, in which the conductive layer of each interconnect strip is connected to a power management system at the first end, in which the first interconnect strip in each adjacent pair of connecting strips in turn contains an open circuit between the conductive layer and electrical ground at the terminal end, and in which the second connecting strip in each adjacent pair of connecting strips in turn contains an electrically conductive path connected between the conductive layer and electrical ground at the terminal end.
Вариант реализации 87 представляет собой систему согласно варианту реализации 87, в которой система управления питанием выполнена с возможностью поочередного переключения между подачей электрического тока на первую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос и подачей электрического тока на вторую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос.Embodiment 87 is a system according to Embodiment 87, wherein the power management system is configured to alternately switch between supplying electric current to a first connecting strip in each adjacent pair of connecting strips and supplying electric current to a second connecting strip in each adjacent pair of connecting strips.
Вариант реализации 88 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-87, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, в которой первая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит конденсатор, подключенный между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце, и в которой вторая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит катушку индуктивности, подключенную между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце.Embodiment 88 is a system according to any one of Embodiments 49-87, in which each interconnect strip comprises a first end and a termination end, in which the conductive layer of each interconnect strip is connected to a power management system at the first end, in which the first interconnect strip in each the adjacent pair of connecting strips in turn contains a capacitor connected between the conductive layer and electrical ground at the terminal end, and in which the second connecting strip in each adjacent pair of connecting strips in turn contains an inductor connected between the conductive layer and electrical ground at the terminal end.
Вариант реализации 89 представляет собой систему согласно варианту реализации 88, в которой электрическое заземление содержит проводящий объемный материал.Embodiment 89 is the system of Embodiment 88 in which the electrical ground comprises a conductive bulk material.
Вариант реализации 90 представляет собой систему согласно варианту реализации 88, в которой электрическое заземление содержит соответствующий проводящий экранирующий слой первой и второй соединительных полос.Embodiment 90 is the system of Embodiment 88 in which the electrical ground comprises a corresponding conductive shield layer of the first and second bond strips.
Вариант реализации 91 представляет собой систему согласно варианту реализации 88, в которой система управления питанием выполнена с возможностью поочередного переключения между подачей электрического тока на первую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос и подачей электрического тока на вторую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос.Embodiment 91 is the system of Embodiment 88 in which the power management system is configured to alternately switch between supplying electrical current to a first bond strip in each adjacent pair of interconnect strips and supplying electrical current to a second interconnect strip in each adjacent pair of interconnect strips.
Вариант реализации 92 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 51-53, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и в которой каждая соединительная полоса содержит переключатель, подключенный на оконечном конце между проводящим слоем и объемным проводящим материалом и/или проводящим экранирующим слоем, причем при нахождении в первом состоянии переключатель образует разомкнутую цепь между проводящим слоем и объемным проводящим материалом или проводящим экранирующим слоем, а при нахождении во втором состоянии переключатель образует замкнутую цепь между проводящим слоем и электрическим заземлением.Embodiment 92 is a system according to any one of Embodiments 51-53, in which each interconnect strip comprises a first end and a termination end, in which the conductive layer of each interconnect strip is connected to a power management system at the first end, and in which each interconnect strip contains a switch connected at the terminal end between the conductive layer and the bulk conductive material and/or the conductive shield layer, wherein, when in the first state, the switch forms an open circuit between the conductive layer and the bulk conductive material or conductive shield layer, and when in the second state, the switch forms a closed circuit between the conductive layer and electrical ground.
Вариант реализации 93 представляет собой систему согласно варианту реализации 92, в которой электрическое заземление содержит проводящий объемный материал.Embodiment 93 is the system of Embodiment 92 in which the electrical ground comprises a conductive bulk material.
Вариант реализации 94 представляет собой систему согласно варианту реализации 92, в которой электрическое заземление содержит соответствующий проводящий экранирующий слой первой и второй соединительных полос.Embodiment 94 is the system of Embodiment 92 in which the electrical ground comprises a corresponding conductive shield layer of the first and second bond strips.
Вариант реализации 95 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-94, в которой две или более соединительных полос электрически подключены друг к другу параллельным образом.Embodiment 95 is a system according to any of embodiments 49-94 in which two or more connecting strips are electrically connected to each other in parallel.
Вариант реализации 96 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-95, в которой две или более соединительных полос электрически подключены друг к другу последовательным образом.Embodiment 96 is a system according to any of embodiments 49-95 in which two or more connecting strips are electrically connected to each other in a serial manner.
Вариант реализации 97 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-96, в которой конструкция содержит обшивку летательного аппарата, лопасть ветровой турбины, крышу здания или железнодорожные пути.Embodiment 97 is a system according to any one of embodiments 49-96, wherein the structure includes an aircraft skin, a wind turbine blade, a building roof, or railroad tracks.
Вариант реализации 98 представляет собой способ установки системы нагрева объемной среды, включающий этапы, на которых: получают соединительные полосы, причем каждая соединительная полоса содержит многослойную конструкцию, содержащую: первый диэлектрический слой, проводящий слой, перекрывающий первый диэлектрический слой, проводящий экранирующий слой, перекрывающий проводящий слой, и второй диэлектрический слой между проводящим слоем и проводящим экранирующим слоем; прикрепляют каждую из соединительных полос к поверхности объемной среды на расстоянии друг от друга, при этом первый диэлектрический слой каждой соединительной полосы расположен между объемной средой и проводящим слоем; и подключают проводящий слой каждой из соединительных полос к системе управления питанием, выполненной с возможностью подачи электрического тока на соединительные полосы.Embodiment 98 is a method for installing a bulk medium heating system, including the steps of: obtaining bonding strips, each bonding strip comprising a multilayer structure comprising: a first dielectric layer, a conductive layer overlaying a first dielectric layer, a conductive shielding layer overlaying a conductive layer, and a second dielectric layer between the conductive layer and the conductive shielding layer; attaching each of the connecting strips to the surface of the bulk medium at a distance from each other, while the first dielectric layer of each connecting strip is located between the bulk medium and the conductive layer; and connecting the conductive layer of each of the connecting strips to a power management system configured to supply electric current to the connecting strips.
Вариант реализации 99 представляет собой способ согласно варианту реализации 98, в котором первый диэлектрический слой содержит двухсторонний адгезив, и в котором прикрепление каждой из соединительных полос к поверхности объемной среды включает этапы, на которых для каждой соединительной полосы: удаляют защитный слой с двухстороннего адгезива для обнажения его адгезивной поверхности и прикрепляют адгезивную поверхность к поверхности объемной среды.Embodiment 99 is a method according to Embodiment 98, wherein the first dielectric layer comprises a double-sided adhesive, and wherein attaching each of the bonding strips to the surface of the bulk medium includes, for each bonding strip: removing the protective layer from the double-sided adhesive to expose its adhesive surface and attach the adhesive surface to the surface of the bulk medium.
Вариант реализации 100 представляет собой способ согласно любому из вариантов реализации 98 или 99, в котором прикрепление каждой из соединительных полос к поверхности объемной среды включает этап, на котором для каждой соединительной полосы наносят адгезивный верхний слой поверх соединительной полосы, причем верхний слой проходит по ширине соединительной полосы так, что боковые края верхнего слоя контактируют с участками объемной среды по обе стороны от соединительной полосы и прилипают к ним.Embodiment 100 is a method according to any one of Embodiments 98 or 99, wherein attaching each of the bond strips to the surface of the bulk medium includes applying an adhesive top layer over the bond strip for each bond strip, the top layer extending across the width of the bond strip. strips so that the lateral edges of the upper layer are in contact with areas of the bulk medium on both sides of the connecting strip and adhere to them.
Вариант реализации 101 представляет собой способ согласно любому из вариантов реализации 98-100, в котором прикрепление каждой из соединительных полос к поверхности объемной среды включает этапы, на которых для каждой соединительной полосы: наносят адгезивный материал на поверхность объемной среды и прикрепляют первый диэлектрический слой соединительной полосы к адгезивному материалу.Embodiment 101 is a method according to any of Embodiments 98-100, wherein attaching each of the bonding strips to the surface of the bulk medium includes, for each bonding strip: applying an adhesive material to the surface of the bulk medium, and attaching the first dielectric layer of the bonding strip to the adhesive material.
Вариант реализации 102 представляет собой способ согласно любому из вариантов реализации 98-101, в котором объемная среда содержит обшивку летательного аппарата, лопасть ветровой турбины, крышу здания или железнодорожные пути.Embodiment 102 is a method according to any one of embodiments 98-101, wherein the volumetric medium comprises the skin of an aircraft, a wind turbine blade, a building roof, or railroad tracks.
Вариант реализации 103 представляет собой систему для нагрева объемной среды, содержащую: два или более электродов, расположенных на расстоянии друг от друга и подключенных к объемной среде; и систему управления питанием, подключенную к электродам, причем система управления питанием выполнена с возможностью нагрева объемной среды путем формирования плотности тока вдоль пути тока между электродами, что приводит к созданию эффективного сопротивления вдоль пути тока в объемной среде, которое больше, чем сопротивление объемной среды постоянному току, в которой система управления питанием формирует плотность тока в глубине объемной среды путем регулировки глубины скин-слоя тока, и в которой система управления питанием формирует плотность тока в направлении поперек пути тока путем регулировки эффекта близости тока.Embodiment 103 is a bulk medium heating system comprising: two or more electrodes spaced apart and connected to the bulk medium; and a power management system connected to the electrodes, wherein the power management system is configured to heat the bulk medium by generating a current density along the current path between the electrodes, which results in the creation of an effective resistance along the current path in the bulk medium, which is greater than the resistance of the bulk medium to constant current, in which the power management system generates the current density in the depth of the bulk medium by adjusting the depth of the current skin layer, and in which the power management system generates the current density in the direction across the current path by adjusting the current proximity effect.
Вариант реализации 104 представляет собой систему согласно варианту реализации 103, в которой объемная среда представляет собой участок летательного аппарата.Embodiment 104 is a system according to embodiment 103, in which the bulk medium is a portion of an aircraft.
Вариант реализации 105 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 103 или 104, в которой объемная среда представляет собой один или более элемент из участка крыла летательного аппарата, участка хвостового оперения летательного аппарата или участка фюзеляжа летательного аппарата.Embodiment 105 is a system according to any one of embodiments 103 or 104, wherein the volumetric medium is one or more of an aircraft wing section, an aircraft tail section, or an aircraft fuselage section.
Вариант реализации 106 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 103-105, в которой два или более электродов представляют собой первый набор из двух или более электродов, и в которой система дополнительно содержит второй набор из двух или более электродов, подключенных к другому участку объемной среды, в которой система управления питанием подключена ко второму набору из двух или более электродов и выполнена с возможностью поочередной подачи питания на первый набор из двух или более электродов и второй набор из двух или более электродов.Embodiment 106 is a system according to any one of embodiments 103-105, wherein the two or more electrodes are a first set of two or more electrodes, and wherein the system further comprises a second set of two or more electrodes connected to a different portion of the volume an environment in which the power management system is connected to the second set of two or more electrodes and configured to alternately supply power to the first set of two or more electrodes and the second set of two or more electrodes.
Вариант реализации 107 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 103-106, в которой объемная среда содержит алюминий или углепластик, и в которой два или более электродов содержат алюминий, серебро или медь.Embodiment 107 is a system according to any one of embodiments 103-106, wherein the bulk medium contains aluminum or carbon fiber, and wherein two or more electrodes contain aluminum, silver, or copper.
Вариант реализации 108 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 103-107, в которой два или более электродов подключены к объемной среде таким образом, чтобы уменьшать контактное сопротивление между электродами и объемной средой.Embodiment 108 is a system according to any one of embodiments 103-107 in which two or more electrodes are connected to the bulk medium so as to reduce contact resistance between the electrodes and the bulk medium.
Вариант реализации 109 представляет собой систему согласно варианту реализации 108, в которой проводящий материал расположен между по меньшей мере одним из двух или более электродов и объемной средой.Embodiment 109 is a system according to embodiment 108 in which a conductive material is located between at least one of two or more electrodes and a bulk medium.
Вариант реализации 110 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 103-109, в которой система управления питанием выполнена с возможностью регулировки глубины скин-слоя тока путем создания тока в объемной среде с частотой переменного тока выше 1 кГц.Embodiment 110 is a system according to any one of embodiments 103-109 wherein the power management system is configured to adjust the current skin depth by generating current in a bulk medium at an AC frequency above 1 kHz.
Вариант реализации 111 представляет собой систему согласно варианту реализации 110, в которой частота переменного тока составляет от 100 кГц до 450 МГц.Embodiment 111 is a system according to embodiment 110 in which the AC frequency is between 100 kHz and 450 MHz.
Вариант реализации 112 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 103-111, в которой эффект близости тока регулируется путем размещения второго пути тока вблизи поверхности объемной среды и вдоль участка пути тока.Embodiment 112 is a system according to any of embodiments 103-111 in which the proximity effect of the current is controlled by placing a second current path near the surface of the bulk medium and along a section of the current path.
Вариант реализации 113 представляет собой систему согласно варианту реализации 112, в которой по меньшей мере участок второго пути тока расположен в пределах 10 см от поверхности объемной среды.Embodiment 113 is a system according to embodiment 112 in which at least a portion of the second current path is located within 10 cm of the surface of the bulk medium.
Вариант реализации 114 представляет собой систему согласно варианту реализации 112, в которой второй путь тока представляет собой кабель, который замыкает замкнутую цепь, включающую в себя два или более электродов и систему управления питанием.Embodiment 114 is a system according to embodiment 112 in which the second current path is a cable that completes a closed circuit including two or more electrodes and a power management system.
Вариант реализации 115 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 103-114, в которой система управления питанием содержит схему регулировки импеданса, выполненную с возможностью регулировки выходного импеданса системы управления питанием.Embodiment 115 is a system according to any one of embodiments 103-114, wherein the power management system includes an impedance control circuit configured to adjust the output impedance of the power management system.
Вариант реализации 116 представляет собой систему согласно варианту реализации 115, в которой схема регулировки импеданса выполнена с возможностью регулировки выходного импеданса системы управления питанием в соответствии с импедансом объемной среды.Embodiment 116 is a system according to embodiment 115 in which the impedance adjustment circuit is configured to adjust the output impedance of the power management system in accordance with the impedance of the bulk medium.
Вариант реализации 117 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 103-116, в которой система управления питанием содержит схему преобразования сигнала, выполненную с возможностью преобразования питания от источника питания в переменный ток подходящей частоты и напряжения для использования системой управления питанием.Embodiment 117 is a system according to any one of embodiments 103-116, wherein the power management system includes a signal conditioning circuit configured to convert power from a power source to AC of a suitable frequency and voltage for use by the power management system.
Вариант реализации 118 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 103-117, в которой система управления питанием содержит контроллер, выполненный с возможностью управления работой системы управления питанием.Embodiment 118 is a system according to any one of embodiments 103-117, wherein the power management system comprises a controller configured to control the operation of the power management system.
Вариант реализации 119 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 103-118, в которой система управления питанием формирует маршрут пути тока между электродами с использованием эффекта близости тока для увеличения общей длины пути тока между электродами.Embodiment 119 is a system according to any one of embodiments 103-118 in which the power management system generates a current path between electrodes using the current proximity effect to increase the overall length of the current path between the electrodes.
Вариант реализации 120 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 103-119, в которой система управления питанием формирует маршрут пути тока между электродами путем размещения второго пути тока вблизи поверхности объемной среды, и в которой второй путь тока расположен в соответствии с необходимым маршрутом пути тока между электродами.Embodiment 120 is a system according to any one of embodiments 103-119, wherein the power management system generates a current path between electrodes by placing a second current path near the surface of the bulk medium, and in which the second current path is located in accordance with the required current path. between electrodes.
Вариант реализации 121 представляет собой систему, содержащую: два или более электродов, расположенных на расстоянии друг от друга и подключенных к объемной среде; систему управления питанием, подключенную к электродам и выполненную с возможностью выработки сигнала переменного тока вдоль пути тока через объемную среду между электродами с частотой выше 1 кГц и ниже 300 ГГц; и второй путь тока, расположенный вблизи поверхности объемной среды и вдоль пути тока через объемную среду.Implementation variant 121 is a system containing: two or more electrodes located at a distance from each other and connected to a bulk medium; a power management system connected to the electrodes and configured to generate an AC signal along the current path through the bulk medium between the electrodes at a frequency above 1 kHz and below 300 GHz; and a second current path located near the surface of the bulk medium and along the current path through the bulk medium.
Вариант реализации 122 представляет собой систему для устранения обледенения и предотвращения обледенения летательного аппарата, содержащую: два или более электродов, расположенных на расстоянии друг от друга и подключенных к участку летательного аппарата; систему управления питанием, подключенную к электродам и выполненную с возможностью нагрева участка летательного аппарата путем формирования плотности тока вдоль пути тока через участок летательного аппарата между электродами путем: выработки сигнала переменного тока вдоль пути тока через участок летательного аппарата между электродами с частотой от 1 МГц до 50 МГц, причем частота вызывает формирование плотности тока в первом направлении путем регулировки глубины скин-слоя тока вдоль пути тока; и обеспечения второго пути тока, расположенного вдоль по меньшей мере участка пути тока через участок летательного аппарата и в пределах 10 см от поверхности участка летательного аппарата, причем близость второго пути тока к поверхности участка летательного аппарата вызывает формирование плотности тока во втором отличном направлении путем регулировки эффекта близости тока вдоль участка пути тока.Embodiment 122 is an aircraft de-icing and anti-icing system comprising: two or more electrodes spaced apart and connected to a portion of the aircraft; a power management system connected to the electrodes and configured to heat the area of the aircraft by generating a current density along the current path through the area of the aircraft between the electrodes by: generating an AC signal along the current path through the area of the aircraft between the electrodes with a frequency of 1 MHz to 50 MHz, wherein the frequency causes current density to form in the first direction by adjusting the current skin depth along the current path; and providing a second current path located along at least a section of the current path through the aircraft section and within 10 cm from the surface of the aircraft section, wherein the proximity of the second current path to the surface of the aircraft section causes the current density to be generated in a second different direction by adjusting the effect the proximity of the current along the section of the current path.
Claims (63)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US62/723,270 | 2018-08-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021104752A RU2021104752A (en) | 2022-10-19 |
| RU2800691C2 true RU2800691C2 (en) | 2023-07-26 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2821834C1 (en) * | 2023-10-23 | 2024-06-26 | Артем Анатольевич Задорожный | Thermal identifier |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB885131A (en) * | 1958-04-24 | 1961-12-20 | Goodrich Co B F | Apparatus for and method of making a heating structure |
| US5361183A (en) * | 1993-06-30 | 1994-11-01 | Alliedsignal Inc. | Ground fault protection for electrothermal de-icing applications |
| FR2719182A1 (en) * | 1990-11-21 | 1995-10-27 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Electrical de-icing system, e.g. for helicopter rotor blades |
| US5911896A (en) * | 1997-06-25 | 1999-06-15 | Brooks Automation, Inc. | Substrate heating apparatus with glass-ceramic panels and thin film ribbon heater element |
| GB2438389A (en) * | 2006-05-23 | 2007-11-28 | Gkn Aerospace Transparency Sys | Heating system for leading edge of aircraft |
| RU2411161C2 (en) * | 2005-06-22 | 2011-02-10 | Эрбюс Франс | Aircraft engine nacelle anti-icing system with resistive layer |
| EP1826119B1 (en) * | 2006-02-24 | 2012-07-11 | Goodrich Corporation | Composite ice protection heater and method of producing same |
| DE202012007091U1 (en) * | 2012-07-21 | 2013-02-20 | Andreas Fechter | De-icing surfaces on aircraft using electrically conductive carbon-based coating |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB885131A (en) * | 1958-04-24 | 1961-12-20 | Goodrich Co B F | Apparatus for and method of making a heating structure |
| FR2719182A1 (en) * | 1990-11-21 | 1995-10-27 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Electrical de-icing system, e.g. for helicopter rotor blades |
| US5361183A (en) * | 1993-06-30 | 1994-11-01 | Alliedsignal Inc. | Ground fault protection for electrothermal de-icing applications |
| US5911896A (en) * | 1997-06-25 | 1999-06-15 | Brooks Automation, Inc. | Substrate heating apparatus with glass-ceramic panels and thin film ribbon heater element |
| RU2411161C2 (en) * | 2005-06-22 | 2011-02-10 | Эрбюс Франс | Aircraft engine nacelle anti-icing system with resistive layer |
| EP1826119B1 (en) * | 2006-02-24 | 2012-07-11 | Goodrich Corporation | Composite ice protection heater and method of producing same |
| GB2438389A (en) * | 2006-05-23 | 2007-11-28 | Gkn Aerospace Transparency Sys | Heating system for leading edge of aircraft |
| DE202012007091U1 (en) * | 2012-07-21 | 2013-02-20 | Andreas Fechter | De-icing surfaces on aircraft using electrically conductive carbon-based coating |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2821834C1 (en) * | 2023-10-23 | 2024-06-26 | Артем Анатольевич Задорожный | Thermal identifier |
| RU2829234C1 (en) * | 2024-04-24 | 2024-10-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Aircraft fluid anti-icing system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7640657B2 (en) | De-icing system | |
| US20240292494A1 (en) | Heating a bulk medium | |
| US11657957B2 (en) | Inductor and DC-DC converter | |
| US20230348074A1 (en) | De-icing systems and control | |
| KR100449411B1 (en) | Methods and systems for removing ice from surfaces | |
| CN104980004B (en) | Power inverter and the rail truck for carrying the power inverter | |
| WO2014076476A1 (en) | Improvements in or relating to electrical distribution structures | |
| RU2800691C2 (en) | Anti-icing systems | |
| CN102398553B (en) | Electronic system having resistors serially connected | |
| HK40055023A (en) | De-icing systems | |
| BR112021003760B1 (en) | SYSTEM FOR HEATING AN EXTERIOR OF AN AIRCRAFT AND METHOD FOR INSTALLING A SYSTEM FOR HEATING AN EXTERIOR OF AN AIRCRAFT | |
| BR122023027346A2 (en) | SYSTEM FOR HEATING AN EXTERIOR OF AN AIRCRAFT | |
| CN1062989C (en) | Distribution base panel and electric power conversion arrangement using same | |
| EP3605791B1 (en) | Power transmission device and wireless power transmission system | |
| US20180278097A1 (en) | Electric power transmission device and wireless electric power transfer system | |
| RU2844196C1 (en) | Anti-icing systems and control thereof | |
| WO2016208074A1 (en) | Power conversion device |