电力发送设备、电力接收设备及电力传输系统.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102893493 A (43)申请公布日 2013.01.23 C N 1 0 2 8 9 3 4 9 3 A *CN102893493A* (21)申请号 201180004930.9 (22)申请日 2011.05.13 H02J 17/00(2006.01) (71)申请人株式会社村田制作所 地址日本京都府 (72)发明人市川敬一 亨利邦达尔 (74)专利代理机构中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人倪斌 (54) 发明名称 电力发送设备、电力接收设备及电力传输系 统 (57) 摘要 电力传输系统(301)包括：电力发送设备 (101)和电力接收设。

2、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。 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.06.12 (86)PCT申请的申请数据 PCT/JP2011/002664 2011.05.13 (87)PCT申。

3、请的公布数据 WO2012/157012 EN 2012.11.22 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书9页 附图7页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 7 页 1/2页 2 1.一种电力发送设备，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， 其中高频高压发生电路包括具有LC谐振电路的升压电路，和 其中LC谐振电路的电感器由压电器件形成。 2.根据权利要求1所述的电力发送设备，其中LC谐振电路的电容器与在电力发送设备 。

4、侧有源电极与电力发送设备侧无源电极之间产生的电容对应。 3.根据权利要求1或2所述的电力发送设备，其中高频高压发生电路产生的电压的频 率是如下频率：对于该频率，压电器件为电感性。 4.根据权利要求1到3中任一项所述的电力发送设备，其中压电器件是压电谐振器或 压电变压器。 5.根据权利要求1到4中任一项所述的电力发送设备，其中升压电路包括电压转换电 路。 6.根据权利要求1到5中任一项所述的电力发送设备，还包括对压电器件的谐振频率 进行调谐的调谐装置。 7.一种电力接收设备，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。

5、负载电路； 其中负载电路包括具有LC谐振电路的降压电路，和 其中LC谐振电路的电感器由压电器件形成。 8.根据权利要求7所述的电力接收设备，其中LC谐振电路的电容器与在电力接收设备 侧有源电极与电力接收设备侧无源电极之间产生的电容对应。 9.根据权利要求7或8所述的电力接收设备，其中输入到负载电路的电压的频率是如 下频率：对于该频率，压电器件为电感性。 10.根据权利要求7到9中任一项所述的电力接收设备，其中压电器件是压电谐振器或 压电变压器。 11.根据权利要求7到10中任一项所述的电力接收设备，其中降压电路包括电压转换 电路。 12.一种电力传输系统，包括： 电力发送设备，包括： 电力发送。

6、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；以及 电力接收设备，包括： 电力接收设备侧有源电极； 权 利 要 求 书CN 102893493 A 2/2页 3 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； 其中电力发送设备是根据权利要求1-6中任一项所述的电力发送设备。 13.一种电力传输系统，包括： 电力发送设备，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；以及。

7、 电力接收设备，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； 其中电力接收设备是根据权利要求7-11中任一项所述的电力接收设备。 权 利 要 求 书CN 102893493 A 1/9页 4 电力发送设备、 电力接收设备及电力传输系统 技术领域 0001 本发明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。 背景技术 0002 PTL 1披露了一种配置为通过电容性耦合传输电力的系统。 0003 PTL 1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。

8、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。 0004 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。 0005 该系统中使用的高频电压的频率范围在10kHz到10MHz之间，电压范围在100V到 10kV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。 0006 图1示出了PTL 1的电力传输系统的基本配置。电力发。

9、送设备包括高频高压发生 器1、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。 0007 引用列表 0008 专利文献 0009 PTL 1国际专利申请No.2009-531009的国家公开 发明内容 0010 技术问题 0011 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 1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。

10、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。 0012 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。 说 明 书CN 102893493 A 2。

11、/9页 5 0013 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。 0014 因此本发明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。 0015 解决问题的技术方案 0016 根据本发明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。 0017 根据本发明的电力接收设备配置为包括：电力接收。

12、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。 0018 根据本发明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。 0019 发明的有益效果 0020 根据本发明，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 高。 附图说明 0021 图1示出了PTL 1中描述的电力传输系统的基本配置。 0022 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 2。

13、1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。 0023 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。 0024 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。 0025 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 C1和C2。

14、表示在电极系统之间得到的静电耦合。 0026 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。 0027 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。 0028 图8A是根据第四实施例的电力发送设备102的电路图；图8B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。 0029 图9A是根据第五实施例的电力接收设备202的电路图；图9B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。

15、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 说 明 书CN 102893493 A 3/9页 6 等效电路。 0030 图10是根据第六实施例的电力传输系统302的电路图。 0031 图11A是根据第七实施例的电力传输系统303的电路图，图11B是其等效电路。 具体实施方式 0032 第一实施例 0033 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。 0034 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C1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。

16、电谐振器21和电容器C1串联连接到高频电压发生器11。 0035 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L1与电容器C11形成串联电路表示。电容器C11表示与机械弹簧或橡胶 的弹性力对应的等效柔量。电感器L1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。

17、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L1和电容器C11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L1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L1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。

18、振器21等效地作为电容器工作。 0036 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C1 和电感器L1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。 0037 根据第一实施例的电力发送设备，与由磁心和绕组形成的图2C所示电感器L1的 情形相比，可以减小设备尺寸并减少磁通量的泄漏。 0038 相比于线圈，包括压电谐振器的压电器件具有高品质因数。因此，当压电器件用作 电感器时，可以提高传输效率。 0039 第二实施例 。

19、0040 图4A是根据第二实施例的去耦电力接收设备201的电路图。电力接收设备201 包括压电谐振器22和负载RL。等效电容器C2表示当不存在电力发送设备时在两个电动电 极之间获得的电容。压电谐振器22和负载RL串联连接到电容器C2。 0041 图4B是压电谐振器22的等效电路。如图所示，压电谐振器22用由电容器Co和 串联电路形成的并联电路表示，该串联电路由和电感器L2与电容器C21形成的串联电路表 示。该等效电路类似于第一实施例中的图2B所示的电路，并具有与图3所示电路类似的频 说 明 书CN 102893493 A 4/9页 7 率特性。 0042 图4C是在通过涉及过包含电容器C2的电。

20、容性耦合而接收的电压的频率是在图3 所示的从谐振频率fr到反谐振频率fa的范围内频率的情况下，根据第二实施例的电力接 收设备201的等效电路。由电感器L2和电容器C2形成的LC谐振电路的谐振频率设置成 等于通过电容性耦合接收的电压的频率。在耦合到电力发送设备时，图4C所示的电路作为 降压电路工作。 0043 根据第二实施例的电力接收设备，与图4C所示电感器L2由磁心和绕组形成的情 形相比，可以减小设备尺寸并减少磁通量的泄漏。 0044 第三实施例 0045 所有的电极通过电介质(包括空气和真空)相互作用。用包括10个不同电容系 数的4x4矩阵来完整描述4个电极(一个发生器，一个负载)情况下的准。

21、静态情形(可以 忽略远场辐射)。在系统的两端口呈现表示情况下，通过两个耦合的等效电容器C1和C2， 以及互电容CM或等效耦合系数k，在典型经典电路框架中完整描述了电力传输。这些值可 以从初始原始矩阵的10个独立的普通通用系数得到这些值，并在下文中作为称为两端口 三系数耦合模型引用。 0046 在有些实际情况中，行为受到许多系数中一些特定系数的支配，例如有源电极以 及无源电极之间的耦合系数。 0047 图5是根据第三实施例的电力传输系统301的电路图。电力传输系统301由第一 实施例中描述的电力发送设备101和第二实施例中描述的电力接收设备201形成。根据两 量端口模型的能量传输，电力发送设备1。

22、01的电容器C1耦合到电力接收设备201的电容器 C2以进行的能量传送，其中通过电场从电力发送设备101向电力接收设备201发送电力。 0048 这里，互电容CM和耦合系数k具有下述关系。 0049 kCM/SQRT(C1*C2) 0050 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。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放置成彼此邻。

23、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。 0051 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。在该示例中，电力 发送设备201的无源电极2在一定某种程度上面对电力接收设备201的无源电极7。电力 发送设备侧有源电极3和以绝缘状态包围有源电极3的电力发送设备侧无源电极2形成在 电力发送设备101的箱体上表面附近。此外，在有源电极3与无源电极2之间施加高的高 频电压的高频高压发生电路1设置在电力发送设备101的箱体内。高频高压发生电路1是 由高频电压发生器11和压电谐振器21形成的电路。 0052 电力发送设备101的箱体。

24、是例如由ABS树脂制成的单片塑性体，形成为将有源电 极3和无源电极2集成在其中，其中箱体的外表面具有绝缘结构。 0053 电力接收设备侧有源电极6和以绝缘状态包围有源电极6的电力接收设备侧无源 电极7设置在电力接收设备201的箱体下表面附近。此外，在针对有源电极6与无源电极 说 明 书CN 102893493 A 5/9页 8 7之间感应的电力的负载电路5设置在电力接收设备201的箱体内。负载电路5是由压电 谐振器22、绕线变压器T2和负载RL形成的电路。 0054 电力接收设备201的箱体是例如由ABS树脂制成的单片塑性体，形成为将有源电 极6和无源电极7集成在其中，其中箱体的外表面具有绝缘。

25、结构。 0055 电力发送设备101的有源电极3形成为类似圆形。无源电极2设置有针对有源电 极3的圆形开口。换句话说，无源电极2布置成以绝缘状态包围有源电极3。同样，在电力 接收设备201中，有源电极6形成为类似圆形，并且无源电极7设置有针对有源电极6的圆 形开口。无源电极7布置成以绝缘状态包围有源电极6。 0056 第四实施例 0057 当高频电压发生器11产生的电压较低并且在电力发送设备与电力接收设备之间 存在强耦合时，可能存在这样的情况，其中由于在第一实施例中描述的电力发送设备101 的谐振，通过升高电压不能获得足够电力传输所要求的高电压。在这种情况下，绕线变压器 T1可以设置在电力发送。

26、设备的压电谐振器之前的级中，从而增大施加到压电谐振器21上 的电压，如下面的第四实施例所述。 0058 将参照图8A到8C描述根据第四实施例的电力发送设备。 0059 图8A是根据第四实施例的电力发送设备102的电路图。电力发送设备102包括 高频电压发生器11、绕线变压器T1、压电谐振器21以及等效电容器C1。高频电压发生器 11连接到绕线变压器T1的初级侧，由压电谐振器21和电容器C1形成的串联电路连接到绕 线变压器T1的次级侧。 0060 图8B是压电谐振器21的等效电路。压电谐振器21由电容器Co和串联电路形成 的并联电路表示，该串联电路由电感器L1与电容器C11形成。电容器C11表示。

27、与机械弹簧 或橡胶的弹性力对应的等效柔量。电感器L1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L1和电容器C11的串联谐振，并且产生其反谐振频率fa主要 基于电容器Co和电感器L1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L1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。

28、具有电感性阻抗，针对该阻抗的，相位在谐振频率fr与反谐振频率fa之间的频率范围内 为正，并且压电谐振器21该阻抗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，针对该阻抗的，相位为负，并且压 电谐振器21等效地作为电容器工作。 0061 图8C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，根据第四实施例的电力发送设备102的等效电路。由电容器C1 和电感器L1形成的LC谐振电路(精确地讲，由电容器C1的电容以及绕线变压器T1的次 级侧泄漏电感和电感器L1的电感的组合电感而形成的LC谐振电路。

29、)的谐振频率设置成高 频电压发生器11所产生的高频电压的频率。结果，绕线变压器T1和LC谐振电路作为升压 电路工作。绕线变压器T1的初级绕组和次级绕组的匝数可以适当设置，以便实现向电容器 C1输出预定高电压所要求的升压比。例如，高频电压发生器11产生5到12V的高频电压， 说 明 书CN 102893493 A 6/9页 9 该电压通过绕线变压器T1升高到50到240V。 0062 根据第四实施例的电力发送设备，与图8C所示电感器L1由磁心和绕组形成的情 形相比，可以减小设备尺寸并减少磁通量的泄漏。此外，与图8C所示等效电路中的电感器 L1由绕线变压器的次级侧泄漏电感形成的情形相比，可以减小绕。

30、线变压器的尺寸。 0063 包括压电谐振器的压电器件相比于线圈具有高品质因数。因此，当压电器件用作 电感器时，可以提高传输效率。 0064 绕线变压器T1优选地是闭合磁路绕线变压器，例如磁心设置在绕组外边并产生 很少的非期望磁场泄漏的壳式变压器，以防止不期望的磁通量的泄漏。 0065 此外，绕线变压器T1的耦合系数优选地为高。 0066 进一步，当高频电压发生器11产生的高频电压足够高时，可以省略绕线变压器 T1。 0067 第五实施例 0068 当电力发送设备产生的电压较低并且在电力接收设备与电力发送设备之间存在 强耦合时，可能存在这样的情况，其中由于在第二实施例中描述的电力接收设备201的。

31、谐 振，通过电压下降不能实现足够电力传输。在这种情况下，绕线变压器T2可以设置在电力 接收设备的压电谐振器之后的级中，从而利用适当的降压比获得预定电压，如下面的第五 实施例所述。 0069 图9A是根据第五实施例的电力接收设备202的电路图。电力接收设备202包括 等效电容器C2、压电谐振器22、绕线变压器T2以及负载RL。由压电谐振器22和电容器C2 形成的串联电路连接到绕线变压器T2的初级侧，负载RL连接到绕线变压器T2的次级侧。 0070 图9B是压电谐振器22的等效电路。如图所示，压电谐振器22由电容器Co和串 联电路形成的并联电路表示，该串联电路由电感器L2与电容器C21形成。该等效。

32、电路类似 于第一实施例中的图2B所示的电路，并具有与图3所示电路类似的频率特性。 0071 图9C是在通过电容器C2的电容性耦合接收的电压频率是在图3所示的从谐振频 率fr到反谐振频率fa的范围内频率的情况下，根据第五实施例的电力接收设备202的等 效电路。由电感器L2和电容器C2形成的LC谐振电路的谐振频率(精确地讲的，由绕线变 压器T2的初级侧漏磁泄漏电感和电感器L2的电感形成的组合电感与电容器C2的电容形 成的LC谐振电路)的谐振频率设置成通过C2的电容性耦合接收的高频电压的频率。结果， 绕线变压器T2和LC谐振电路作为降压电路工作。绕线变压器T2的初级绕组和次级绕组 的匝数可以适当设置。

33、，以便实现向负载RL输出预定电压所要求的降压比。例如，在电容器 C2中感应100V到3kV的高频电压，并且绕线变压器T2将该电压下降到5到24V。 0072 根据第五实施例的电力接收设备，与图9C所示电感器L2由磁心和绕组形成的情 形相比，可以减小设备尺寸并减少磁通量的泄漏。此外，与图9C所示等效电路中的电感器 L2由绕线变压器的初级侧泄漏电感形成的情形相比，可以减小绕线变压器的尺寸。 0073 绕线变压器T2优选地是闭合磁路绕线变压器，例如磁心设置在绕组外边并产生 很少的非期望磁场的外磁变压器，以防止不期望的磁通量泄漏。 0074 第六实施例 0075 图10是根据第六实施例的电力传输系统3。

34、02的电路图。电力传输系统302由第 四实施例中描述的电力发送设备102和第五实施例中描述的电力接收设备202形成。电力 说 明 书CN 102893493 A 7/9页 10 发送设备的电容器C1、电力接收设备的电容器C2以及系数k是通过准静态电场的耦合的两 端口表示。 0076 第七实施例 0077 图11A是根据第七实施例的电力传输系统303的电路图，图11B是其等效电路。电 力传输系统303由电力发送设备103和电力接收设备203形成。 0078 电力发送设备103由高频电压发生器11、压电变压器31和耦合电容器C1形成。 电力接收设备203由耦合电容器C2、压电变压器32和负载RL形。

35、成。 0079 在压电变压器31中，初级侧电极E11和E12以及次级侧电极E20形成在形状类似 长方体的压电陶瓷基板上。压电基板的初级侧在从电极E11到电极E12的方向上极化。陶 瓷基板的次级侧在从电极E11和E12到电极E20的方向上极化。当在初级侧电极E11和 E12之间施加高频电压时，能量由于初级侧反压电效应而转换成弹性能量，并且弹性能量由 于次级侧压电效应而转换成电能。 0080 如图11B所示，压电变压器31的等效电路包括理想变压器T11、电容器C10，C11和 C12以及电感器L11。电容器C10和C12对应于杂散电容，并且电容器C11和电感器L11是 机电参数。压电变压器31的谐。

36、振频率主要由电容器C11和电感器L11所形成的谐振电路 的谐振确定。由于通过弹性振荡实现电能转换，可以使用由弹性波传播速度和压电陶瓷基 板的尺寸而确定的特性谐振频率附近的频率。换句话说，高频电压发生器11所产生的高频 电压的频率设置在压电变压器31的谐振频率附近。 0081 压电变压器32具有与压电变压器31基本相同的配置。但是，初级侧与次级侧之 间的关系是相反的。也就是说，能量从通常在次级侧的电极E20输入到压电变压器32，并且 能量从通常在初级侧的电极E11和E12输出。 0082 如图11B所示，压电变压器32的等效电路包括理想变压器T21、电容器C20，C21和 C22以及电感器L21。

37、。电容器C20和C22对应于杂散电容，并且电容器C21和电感器L21是 机电参数。压电变压器32的谐振频率主要由电容器C21和电感器L21所形成的谐振电路 的谐振确定。当电容器C2中感应的电压施加到电极E20时，能量由于次级侧反压电效应而 转换成弹性能量，并且该弹性能量由于初级侧压电效应而转换成电能。高频电压发生器11 所产生的高频电压的频率设置成压电变压器32的谐振频率。 0083 例如，高频电压发生器11产生5到12V的高频电压，而压电变压器31将该电压 升压到100V到3kV。压电变压器32将电容器C2中感应的100V到3kV的电压下降到5到 12V，并将下降的电压输出到负载RL。 00。

38、84 通过这种方式，与使用升压绕线变压器的情形相比，利用压电变压器作为升压电 路，可以减小电力发送设备的尺寸并防止磁通量的泄漏。 0085 另外，与使用降压绕线式变压器的情形相比，通过常利用压电变压器(其通常用 作升压变压器)作为电力接收设备中的降压变压器，可以减小电力接收设备的尺寸并防止 磁通量的泄漏。 0086 第八实施例 0087 压电材料的非常高的内部Q因数(相比于常规线圈)意味着满足两个经调谐电路 之间的非常尖锐的频率调谐的条件。当在初级电极上除了振荡电压之外还施加连续电压 时，该电压在材料内产生持续拉力应力，从而允许谐振频率轻微变化。因此，可以进行调谐， 说 明 书CN 10289。

39、3493 A 10 8/9页 11 而仅对Q因数产生很小的影响。这种调谐技术可以用于使器件适应在电力发送设备与电力 接收设备之间的多种耦合情况。在其它实施例中，可以使用机械或纯电气装置，例如可调电 容器或电感器。 0088 其它实施例 0089 虽然在上述实施例中已经示出了负载RL是AC负载的示例，本发明可以通过提供 整流和平滑电路而应用于DC负载的情形。 0090 绕线变压器T2应用在第四实施例中，绕线变压器T2应用在的电力发送设备102 和电力接收设备202两者中，压电变压器应用在第五实施例中，压电变压器应用的在电力 发送设备103和电力接收设备203两者中。但是，通过在电力发送设备和电力。

40、接收设备的 之一中提供绕线变压器，可以在其它器件另一设备中提供压电谐振器或压电变压器。 0091 进一步，压电变压器可以与电压转换电路组合。例如，在电力发送设备中，当仅通 过压电变压器不能获得足够的升压比时，或者当仅通过绕线变压器不能获得足够的升压比 时，压电变压器可以配置为由经过绕线变压器升压的电压驱动。类似地，在电力接收设备 中，当仅通过压电变压器不能获得足够的降压比时，或者当仅通过绕线变压器不能获得足 够的降压比时，绕线变压器可以配置为进一步将经过压电变压器降压的电压下降。通过这 种组合，可以在高阻抗容性耦合部与低阻抗高频电压发生电路之间或者在高阻抗容性耦合 部与低阻抗负载之间实现阻抗匹。

41、配。 0092 附图标记列表 0093 C1，C2电容器 0094 C10，C11，C12电容器 0095 C20，C21，C22电容器 0096 Co电容器 0097 E11，E12初级侧电极 0098 E20次级侧电极 0099 L1电感器 0100 L11电感器 0101 L2电感器 0102 L21电感器 0103 RL负载 0104 T1绕线变压器 0105 T11理想变压器 0106 T2绕线变压器 0107 T21理想变压器 0108 1高频高压发生电路 0109 2电力发送设备侧无源电极 0110 3电力发送设备侧有源电极 0111 5负载电路 0112 6电力接收设备侧有源电。

42、极 0113 7电力接收设备侧无源电极 说 明 书CN 102893493 A 11 9/9页 12 0114 11高频电压发生器 0115 21，22压电谐振器 0116 31，32压电变压器 0117 101，102，103电力发送设备 0118 201，202，203电力接收设备 0119 301，302，303电力传输系统 说 明 书CN 102893493 A 12 1/7页 13 图1 图2A 图2B 图2C 说 明 书 附 图CN 102893493 A 13 2/7页 14 图3 图4A 图4B 图4C 说 明 书 附 图CN 102893493 A 14 3/7页 15 图5 图6 说 明 书 附 图CN 102893493 A 15 4/7页 16 图7 图8A 图8B 图8C 说 明 书 附 图CN 102893493 A 16 5/7页 17 图9A 图9B 图9C 说 明 书 附 图CN 102893493 A 17 6/7页 18 图10 图11A 说 明 书 附 图CN 102893493 A 18 7/7页 19 图11B 说 明 书 附 图CN 102893493 A 19 。