电力发送设备、电力接收设备及电力传输系统技术方案

电力传输系统(301)包括：电力发送设备(101)和电力接收设备(201)。电力发送设备(101)包括高频电压发生器(11)、压电谐振器(21)、电力发送设备侧无源电极(2)以及电力发送设备侧有源电极(3)。电力接收设备(201)包括压电谐振器(22)、负载RL、电力接收设备侧无源电极(7)以及电力接收设备侧有源电极(6)。电力发送设备(101)的有源电极(3)和电力接收设备(201)的有源电极(6)彼此邻近，其中电力发送设备和电力接收设备通过电极组以及周围电介质而电容性耦合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及以非接触方式传输电力的电力发送设备、电力接收设备及电力传输系统。
技术介绍
PTL I披露了一种配置为通过电容性耦合传输电力的系统。PTL I中描述的电力传输系统包括电力发送设备，包括高频高压发生器，以及定义了发生器有源/无源电极对的耦合的发生电极；电力接收设备，包括高频高压负载，和以及定义了负载侧有源/无源对的电动电极。 施加到发生电极之中无源电极的电压低于施加到有源电极的电压，并且施加到电动电极之中无源电极的电压低于施加到有源电极的电压。该系统中使用的高频电压的频率范围在IOkHz到IOMHz之间，电压范围在100V到IOkV之间。当高频电压的频率在该范围内时，由于周围介质中的波长(lambda)相对于设备尺寸D来说足够大，或者D << (lambda)，所以该设备不以电磁波的形式辐射能量，并在周围介质中产生静电场。图I示出了 PTL I的电力传输系统的基本配置。电力发送设备包括高频高压发生器I、无源电极2和有源电极3。电力接收设备包括高频高压负载5、无源电极7和有源电极6。电力发送设备的有源电极3和电力接收设备的有源电极6放置成彼此邻近并被高电场区域4包围。电力发送设备和电力接收设备通过发生电极和电动电极以及周围电介质而电容性耦合。引用列表专利文献国际专利申请No. 2009-531009的国家公开
技术实现思路
技术问题在配置成通过电容性耦合将电力从电力发送设备发送到电力接收设备的电力传输系统中，例如PTL I披露的系统，需要高频高压来增加电力传输效率。因此，在电力发送设备侧设置升压电路，在电力接收设备侧设置降压电路。通常，绕线变压器用作升压电路和降压电路，电极的结构导致等效电容器并联连接到绕线变压器的次级绕组。在该结构配置中，由谐振电容器的电容和绕线变压器次级侧的泄漏漏磁电感形成的电路产生谐振并用作升压电路。但是，绕线变压器具有足够大的尺寸以提供需要的电感，因此难以减少其高度。可以说，绕线变压器与其它一般电子组件相比具有非常大的尺寸。另外，在绕线变压器与其它电路之间可能产生不期望的耦合。特别地，在谐振泄漏绕线变压器的情况下，存在大量的泄漏磁通量。这些因素导致绕线变压器的布置受限并增大了整个设备的尺寸。进一步，当没有有效屏蔽绕线变压器时，其线圈性能(Q因子)受到附近导电材料的强烈影响。因此本专利技术的目的是提供小尺寸、轻量化的电力发送设备、电力接收设备以及电力传输系统，从而能够避免使用绕线变压器导致的上述问题。解决问题的技术方案根据本专利技术的电力发送设备配置为包括电力发送设备侧有源电极；电力发送设备侧无源电极；以及连接在电力发送设备侧有源电极与电力发送设备侧无源电极之间的高频高压发生电路。高频高压发生电路包括具有LC谐振电路的升压电路，该LC谐振电路的电感器由压电器件形成。根据本专利技术的电力接收设备配置为包括电力接收设备侧有源电极；电力接收设备侧无源电极；以及连接在电力接收设备侧有源电极与电力接收设备侧无源电极之间的负载电路。负载电路包括具有LC谐振电路的降压电路，该LC谐振电路的电感器由压电器件 形成。根据本专利技术的电力传输系统配置为使得电力发送设备和电力接收设备通过发生电极和电动电极以及周围电介质而电容性耦合。专利技术的有益效果根据本专利技术，整个设备尺寸减小，并防止磁通量的泄漏。此外，传输效率得到了提闻。附图说明图I示出了 PTL I中描述的电力传输系统的基本配置。图2A是根据第一实施例的去耦电力发送设备101的电路图；图2B是压电谐振器21的等效电路；以及图2C是在高频电压发生器11产生的电压的频率是在从谐振频率fr到反谐振频率fa的范围内频率的情况下，根据第一实施例的电力发送设备101的等效电路。图3是示出压电谐振器21的阻抗和相位的频率特性的曲线图。图4A是根据第二实施例的去耦电力接收设备201的电路图；图4B是压电谐振器22的等效电路；以及图4C是在通过电容器C2的电容性耦合接收的电压的频率在图3所示的从谐振频率fr到反谐振频率fa的范围内的情况下，根据第二实施例的电力接收设备201的等效电路。图5是根据第三实施例的电力传输系统301的电路图。耦合系数k以及两个电容Cl和C2表示在电极系统之间得到的静电耦合。图6示出了具有纵向开路端表示的电力传输系统301的示例性配置。图7是根据第三实施例的电力传输系统301的示意性截面图。图8A是根据第四实施例的电力发送设备102的电路图；图SB是压电谐振器21的等效电路；以及图8C是在高频电压发生器11产生的电压的频率在从谐振频率fr到反谐振频率fa的范围内的情况下，根据第四实施例的电力发送设备102的等效电路。图9A是根据第五实施例的电力接收设备202的电路图；图98是压电谐振器22的等效电路；以及图9C是在通过电容器C2的电容性耦合接收的电压的频率在图3所示的从谐振频率fr到反谐振频率fa的范围内的情况下，根据第五实施例的电力接收设备202的等效电路。图10是根据第六实施例的电力传输系统302的电路图。图IlA是根据第七实施例的电力传输系统303的电路图，图IlB是其等效电路。具体实施例方式将参照图2A到2C以及图3描述根据第一实施例的电力发送设备。图2A是根据第一实施例的去耦电力发送设备101的电路图。电力发送设备101包括高频电压发生器11、压电谐振器21。等效电容器Cl表示当不存在接收设备时在两个发生电极之间获得的电容。压电谐振器21和电容器Cl串联连接到高频电压发生器11。 图2B是压电谐振器21的等效电路。图3是示出压电谐振器21的阻抗和相位的频率特性的曲线图。在图3中，对数刻度用来表示用于阻抗轴(纵轴)，线性刻度用于用来表示频率轴(横轴)。压电谐振器21由用电容器Co和串联电路形成的并联电路表示，串联电路由和电感器LI与电容器Cl I形成串联电路表示。电容器Cl I表示与机械弹簧或橡胶的弹性力对应的等效柔量。电感器LI表示与机械惯性力(质量或力矩)对应的等效电感。电容器Co对应于电极之间的电容(并联等效电容)。压电谐振器21由形成在压电基板表面上的一对电极形成。压电基板已作了极化经过了还原处理。因此，在压电谐振器21中，产生其谐振频率fr基于电感器LI和电容器Cll产生的具有谐振频率fr的串联谐振，以及产生其反谐振频率fa主要基于电容器Co和电感器LI的并联谐振。反谐振频率fa高于谐振频率fr。在谐振频率fr和反谐振频率fa之间的频率范围内，电感器LI的电感变成压电谐振器21的阻抗的主导分量。换句话说，参照图3，在谐振频率fr与反谐振频率fa之间的频率范围内，压电谐振器21具有电感性阻抗，对于该阻抗，相位为正，并且压电谐振器21等效地作为电感器工作。对于低于谐振频率fr或高于反谐振频率fa的频率来说，压电谐振器21具有电容性阻抗，对于该阻抗，相位为负，并且压电谐振器21等效地作为电容器工作。图2C是在高频电压发生器11产生的电压频率是在从谐振频率fr到反谐振频率fa的范围内频率的情况下，根据第一实施例的电力发送设备101的等效电路。由电容器Cl和电感器LI形成的LC谐振电路的谐振频率设置成高频电压发生器11产生的高频电压的频率。结果，图2C所示的电流作为升压电路工作。根据第一实施例的电力发送设备，与由磁心和绕组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：市川敬一，亨利·邦达尔，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：
国别省市：