专利名称：高频电力设备、电力发送设备和电力传输系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及处理高频电力的高频电力设备，以及以非接触方式传输电力的电力发送设备和电力传输系统。
背景技术：
专利文献I公开了一种系统，配置为通过电容性耦合传输电力。专利文献I所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，以及形成产生电极的无源电极和有源电极；以及电力接收设备，包括高频高压负载，以及形成电动势电极的无源电极和有源电极。 被称作“产生电极”的电极产生一个场。被称作“电动势电极”的电极接收所述场。产生电极的无源电极与产生电极的有源电极相比被施加较低电压。电动势电极的无源电极与电动势电极的有源电极相比被施加较低电压。在这个系统中使用的高频电压具有从IOkHz到IOMHz的频率范围，以及从用于家电设备的100V到IOkV直至用于汽车或者工业设备的几百kV或者更高的电压范围。当高频电压的频率在这个范围内时，设备不以电磁波的形式辐射能量，并且在周围的介质中产生静电场，这是因为在周围介质中的波长(λ)相对于设备的尺寸D足够大，或者D << λ。图I是阐释专利文献I所述电力传输系统的基本结构的视图。电力发送设备包括高频高压发生器1，以及形成产生电极的无源电极2和有源电极3。电力接收设备包括高频高压负载5，以及形成电动势电极的无源电极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被高电场区域4包围。通过产生电极、电动势电极以及周围的电介质，电力发送设备和电力接收设备电容性耦合。(引用列表)(专利文献)(PTLl)国际专利申请的国家公开No. 2009-531009
发明内容
(技术问题)专利文献I所述结构的电力传输系统涉及如下所述问题。图2阐释了图I所示高频高压发生器的结构。在所述结构中，高频高压发生器包括升压变压器11，配置为在无源电极2与有源电极3之间提供高频的高压；以及高频电压产生电路10，配置为将高频波施加至变压器11。通常，电力发送设备的无源电极2和电力发送设备(高频电压产生电路10)的电路接地彼此等效地连接。变压器11初级线圈的一端和次级线圈的一端通常连接至高频电压产生电路10的接地。变压器11的初级线圈和次级线圈彼此不平衡连接。然而，在变压器11的初级线圈和次级线圈彼此不平衡连接的情况下，在变压器11的馈电部(electric feeder section)(初级线圈)的电势与高频电压产生电路10的电路接地之间出现电势差，从而造成接地泄漏电流，接地泄漏电流是一种流经高频电压发生电路10电源线的不必要的噪声电流(共模电流)。这种接地泄漏电流包括在其周围的感应磁场。甚至当电力发送设备具有静电屏蔽时，这种感应磁场也不容易抑制。另外，这种结构具有其他问题，问题特性如下所述。图3A阐释了由无源电极2、有源电极3和高频高压发生器I形成的电偶极ED及其原始偶极尺寸。图3B阐释了电偶极ED与大容量导体(参考接地)GND之间的关系。在没有消除所述接地泄漏电流的情况下，高频高压发生器I和无源电极2经由电源线等效地连接至大容量的远程参考接地GND，如图3B所示。出于这个原因，参考接地GND用作无源电极，使得有源电极3与无源电极之间的距离增加。因此，由有源电极3和无源电极形成的电偶极具有等效偶极尺寸，该尺寸增大以实际上用作新的等效偶极尺寸。也就是说，在电偶极的相对电极之间的至少部分振荡电流流经电源线到达远程接地。出于这个原因，电偶极有效尺寸增加，从而导致增加的不必要的电磁场(噪声)。为了保持电偶极尺寸实质上等于如图3A所示的原始偶极尺寸，变压器11的馈电·部(低压线圈)的电势需要等于高频电压产生电路10的电路接地电势。为了使变压器11的馈电部的电势等于高频电压产生电路10的电路接地电势，使用用于浮动平衡(float balance)连接的变压器，使得变压器的次级线圈被浮动平衡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，同时变压器的初级线圈浮动平衡连接至高频电压产生电路。图4是电路图，其中高阻抗分压器连接至高频电压产生电路I的相对两端，预定的分压点接地。当电路完全浮动平衡时，如果分压点是打开的，那么没有电压产生，如果分压点是闭合的，那么没有电流通过，如图4所示。也就是说，不产生经过电源线达到参考接地的振荡电流。这等于在等效电路中不存在电源线。因此，电偶极尺寸保持较小。然而，在高电压侧的电极与接地之间的等效电容以及在初级线圈与次级线圈之间的等效杂散电容通常不是平衡的，从而允许接地泄漏电流通过。电力发送设备的理想电路和真实等效电路如图5A和5B所示。因此，本发明的一个目的是提供一种高频电力设备、电力发送设备和电力传输系统，利用连接至各个电极的阻抗元件，将一个电极与接地之间浮动电容的影响和另一个电极与接地之间浮动电容的影响相平衡，来减小流经高频电压产生电路电源线的不必要的接地泄漏电流，从而在不增加电偶极有效尺寸的情况下抑制不必要的电磁场的发生和泄漏。(问题的解决方案)根据本发明的一种高频电力设备配置如下。(I) 一种高频电力设备，包括变压器；高频电压产生电路，配置为向所述变压器的初级线圈馈送高频电压，所述初级线圈形成了馈电部；以及分压器，配置为以预定的电压比划分所述变压器的次级线圈的相对端子上或者与所述次级线圈相关联的电路的元件的相对端子上的电压，所述元件被施加高压，其中所述分压器是其中第一阻抗元件和第二阻抗元件串联连接的串联电路；所述第一阻抗元件是连接至所述变压器次级线圈的相对端子或者连接至与所述次级线圈相关联的电路的高电势侧的阻抗元件，以及所述第二阻抗元件是连接至所述次级线圈的相对端子或者连接至与所述次级线圈相关联的电路的低电势侧的阻抗元件；所述第一阻抗元件具有表示为Za的阻抗，以及所述第二阻抗元件具有表示为Zp的阻抗，比率Za/Zp是所述第一阻抗元件的阻抗与所述第二阻抗元件的阻抗之比，实质上等于比率Cp/Ca,比率Cp/Ca是所述低电势侧的第二对地等效电容Cp与所述高电势侧的第一对地等效电容Ca之比。当分压器的输出被连接至浮动的馈电部时，这种配置能够使馈电部的电势实质上等于接地电势。因此，不必要的接地泄漏电流很难流经高频电压产生电路的电源线，使得不必要电磁场的发生和泄漏被抑制。另外，偶极尺寸没有增加。(2)根据本发明，一种电力传输系统包括根据配置(I)所述的高频电力设备；以及彼此电感性耦合的电力发送设备和电力接收设备，其中变压器的初级线圈是安置在电力发送设备中的电力发送线圈，而变压器的次级线圈是安置在电力接收设备中的电力接收线 圈。(3)根据本发明，一种用在电力传输系统中的电力发送设备，电力发送设备包括根据配置(I)所述的高频电力设备以及彼此电容性耦合的电力发送设备和电力接收设备，其特征在于用于电容性耦合的电力发送设备侧有源电极连接至高电势侧，而用于电容性耦合的电力发送设备侧无源电极连接至低电势侧。(4)在根据配置(3)的电力发送设备中，例如，第一阻抗元件是在有源电极与馈电部之间的第一负载电容(Cl)，以及第二阻抗元件是在无源电极与馈电部之间的第二负载电容(C2)。(5)在根据配置⑷的电力发送设备中，例如，第一负载电容(Cl)可以是由连接在有源电极与馈电部之间的电容元件与寄生电容组成的复合电容，或者全部是寄生电容；在无源电极与馈电部之间的第二负载电容(C2)可以是由连接在电力发送设备侧无源电极与馈电部之间的电容元件与寄生电容组成的复合电容，或者全部是寄生电容；分别连接在有源电极与馈电部之间以及无源电极和馈电部之间的电容元件中的至少一个包括可变电容元件。这种特征使得可以通过调节有源电极与馈电部之间电容(Cl)的值和/或在无源电极与馈电部之间电容(C2)的值，容易地使C2与Cl的比率实质上等于Cp与Ca的比率。(6)根据配置(5)的电力发送设备，电力发送设备例如具有电容控制电路，配置为检测在馈电部与高频电压产生电路的电路接地之间通过的接地泄漏电流并且基于检测的结果控制可变电容元件的电容。这种特征使得能够在实际使用条件下将电容比调节至适当值。(7)在根据配置(3)至(6)中任一项的电力发送设备中，例如，变压器的次级线圈连接至有源电极与所无源电极之间；馈电部是变压器的初级线圈；变压器的次级线圈具有分接头；第一阻抗元件是第一电感器，提供在次级线圈的分接头与更接近有源电极侧的次级线圈端子之间；第二阻抗元件是第二电感器，提供在次级线圈的分接头与更接近无源电极侧的次级线圈端子之间；以及第一电感器具有表示为La的电感以及第二电感器具有表示为Lp的电感，比率La/Lp实质上等于第二对地等效电容Cp与第一对地等效电容Ca的比率Cp/Ca。(8)根据配置(7)的电力发送设备还包括辅助分压器，配置为划分第二电感器相对端子上的电压并且使分压输出端子接地。(9)在根据配置⑶的电力发送设备中，例如，所述辅助分压器是串联电路，包括第一电阻元件以及第二电阻元件，第一电阻元件连接在分接头与分压输出端子之间，第二电阻元件连接在更接近无源电极侧的次级线圈端子与分压输出端子之间；第一电感器具有表示为La的电感以及第二电感器具有表示为Lp的电感；·
第一电阻元件具有表示为Ra的电阻值以及第二电阻元件具有表示为Rp的电阻值；以及Lp (Rp/ (Ra+Rp))与La+Lp (Ra/ (Ra+Rp))的比率实质上等于第一对地等效电容Ca与第二对地等效电容Cp的比率。(10)在根据配置⑶所述的电力发送设备中，例如，辅助分压器是串联电路，包括第一电容器以及第二电容器，第一电容器连接在分接头与分压输出端子之间，第二电容器连接在更接近无源电极侧的次级线圈端子与分压输出端子之间；第一电感器具有表示为La的电感以及第二电感器具有表示为Lp的电感；第一电容器具有表不为⑶a的电容以及第二电容器具有表不为⑶P的电容；以及Lp (Q)a/(Q)a+Q)p))与 La+Lp (Q)p/(Q)a+Q)p))的比率实质上等于第一对地等效电容Ca与第二对地等效电容Cp的比率。(11)根据配置⑶的电力发送设备还包括电流检测电路，配置为检测在馈电部与高频电压产生电路的电路接地之间通过的电流，其中辅助分压器包括分压比控制电路，配置为基于电流检测电路检测的结果控制分压比。(12)根据本发明的电力传输系统包括根据配置(3)至(11)中任一项的电力发送设备，以及电力接收设备，其中电力接收设备包括负载电路，负载电路接收电力接收设备的有源电极与电力接收设备的无源电极之间感应的电力。(本发明的有利效果)本发明具有以下有利效果。通过使分压器的输出电压等于接地电势，当分压器输出被连接至浮动的馈电部时，馈电部的电势能够实质上被设置为接地电势，从而能够减小不必要的接地泄漏电流泄漏至电源线并且抑制不必要的电磁场从电力发送设备的泄漏。
图I是阐释专利文献I所述电力传输系统的基本结构的视图。图2是阐释图I所示高频高压发生器的结构的视图。
图3A阐释了由无源电极2、有源电极3和高频高压发生器I形成的电偶极ED及其原始偶极尺寸。图3B阐释了电偶极ED与大容量导体(参考接地)GND之间的关系。图4是电路图，其中高阻抗分压器被连接至高频高压发生器I的相对两端，预定的划分点接地。 图5A是电力发送设备的理想电路图，所述设备使用了用于浮动平衡连接的变压器。图5B是电力发送设备在不平衡状态下的真实电路图。图6A是根据第一实施例的电力传输系统的电路图。图6B是根据所述第一实施例的电力传输系统的等效电路图。图6C是根据所述第一实施例的电力传输系统的简化等效电路图。图7是随着负载电容Cl和C2的比率变化计算接地泄漏电流Ig的计算结果绘制图。图8A是根据第二实施例的第一电力传输系统的示例结构的阐释。图8B是根据第二实施例的第二电力传输系统的示例结构的阐释。图SC是根据第二实施例的第三电力传输系统的示例结构的阐释。图9A是概念性地阐释根据第三实施例的电力发送设备104的相关部分的视图。图9B是根据第三实施例的电力发送设备104的等效电路图。图IOA是概念性地阐释根据第四实施例的电力发送设备105的相关部分的视图。图IOB是根据第四实施例的电力发送设备105的等效电路图。图IlA是概念性地阐释根据第五实施例的电力发送设备106的相关部分的视图。图IlB是根据第五实施例的电力发送设备106的等效电路图。图12是概念性地阐释根据第六实施例的电力发送设备107的相关部分的视图。图13是根据第七实施例的电力接收设备201的电路图。图14是根据第八实施例的具有变压器的高频电力设备的电路图。图15是根据第九实施例的具有变压器的电场产生设备的电路图。图16是根据第十实施例的电容性耦合电力传输系统的电路图。图17是根据第十一实施例的电感性耦合电力传输系统的电路图。图18是根据第十二实施例的电感性耦合电力传输系统的电路图。图19是根据第十三实施例的基于磁谐振的电力传输系统的电路图。图20是根据第十四实施例的基于磁谐振的电力传输系统的电路图。
具体实施例方式(第一实施例)将参考图6A、6B、6C和图7描述根据第一实施例的电力传输系统的结构。图6A是根据第一实施例的电力传输系统的电路图；图6B是电力传输系统的等效电路图；以及图6C是电力传输系统的进一步简化的等效电路图。通过产生电极、电动势电极和周围的电介质，电力传输系统301包括的电力发送设备101和电力接收设备201彼此电容性耦合。
电力发送设备101包括有源电极3、无源电极2、升压变压器11和高频电压产生电路10。升压变压器11具有形成了馈电部的初级线圈，并且配置为将高频的高压馈送到有源电极3与无源电极2之间。高频电压产生电路10将高频电压施加至升压变压器11的初级线圈Np。升压变压器11通过将来自高频电压产生电路10的高频电压施加至其初级线圈Np来在其次级线圈Ns处产生高频的高压，并且将高频的高压馈送到有源电极3与无源电极2之间。电力经由AC适配器等从普通插座提供至高频电压产生电路10。因此，电力发送设备的电路接地与大地接地(即大地)是强耦合的。理想地，变压器11的初级侧(低压侧)与次级侧(高压侧)之间的耦合只是由变压器11的初级线圈Np与次级线圈Ns之间的磁耦合形成的。然而，实际上，线圈之间的静电电容(寄生电容)以及磁芯与线圈之间的电容也微弱地耦合变压器11的初级侧和次级侧。 如图6A所示，无源电极2和电路接地不是(以DC方式)直接连接，而是通过负载电容Cl和C2电容性耦合的。负载电容Cl和C2包括寄生电容，寄生电容固有地存在于该结构中(不可消除地)。负载电容Cl和C2形成权利要求中定义的“分压器”。负载电容Cl和负载电容C2分别地等同于“第一阻抗元件”和“第二阻抗元件”。电力接收设备201包括有源电极6、无源电极7和负载电路5。负载电路5包括例如降压变压器以及作为负载连接的低电阻电路。在电力发送设备101和电力接收设备201中，其各自的有源电极3和6被成形为与其各自的无源电极2和7不对称。有源电极3和6被施加高压，而无源电极2和7与有源电极3和6相比被施加相对低的电压。尽管没有在图6A中示出，有源电极3和6以及无源电极2和7各自的表面均涂布有绝缘层，以防止导体表面暴露。图6B是在空载条件(即未加载电力接收设备201的条件)下的等效电路图。尽管当电力接收设备201被加载至电力发送设备101时等效电容变化，但是首先基于空载条件描述本发明的原理。在图6B中，对地等效电容Ca是有源电极3与接地电势之间的等效电容(第一等效电容)，对地等效电容Cp是无源电极2与接地电势之间的等效电容(第二等效电容)。另一方面，负载电容Cl是有源电极3与馈电部(即变压器11的初级线圈Np)之间的耦合电容，以及负载电容C2是无源电极2与馈电部之间的耦合电容。因为高频电压产生电路10和变压器11的初级线圈Np具有低阻抗并且处理大约IOV的低压，所以负载电容Cl可被视为有源电极3与电路接地之间的电容，负载电容C2可被视为无源电极2与电路接地之间的电容。因此，电容Cl、C2、Ca和Cp之间的连接关系可被表示在图6C中。于是，有源电极3和无源电极2被认为关于大地接地(大地)具有各自的对地等效电容Ca和Cp。可以简单地调节这个等效电路中的负载电容Cl和C2的值，以使接地泄漏电流Ig最小。在图6C中，变压器的初级线圈(中点处)的电压Vl是由电容Cl和C2电容性地划分变压器的次级线圈Ns两端上的电压(+Va)-(-Vp)而获得的电压。类似地，在电容Ca与Cp之间连接点处的电压V2是由电容Ca和Cp电容性地划分变压器的次级线圈Ns两端上的电压(+Va)-(-Vp)而获得的电压。对于Vl = V2，条件如下。C2/C1 = Cp/Ca …(I)
公式⑴的左边代表比率Za/Zp ( = C2/C1)，是第一阻抗元件Cl的阻抗Za( = I/Cl(Q))与第二阻抗元件C2的阻抗Zp ( = 1/02(Ω))的比率，其中Ω被称作角频率。Ω等于频率乘以2 31。在此假定对地等效电容Ca和Cp分别为5pF和20pF(电容比Cp/Ca = 4);频率为300kHz ;电压为IkV ;当如图2所示无源电极2直接与电路接地相连时，接地泄漏电流Ig为 9. 4mA。图7是随着负载电容Cl和C2的比率变化，接地泄漏电流Ig的计算结果的绘制图。从图4可以看出，存在接地泄漏电流Ig的最小值(最佳值)。特别是，当电容比C2/C1为4时，接地泄漏电流为O。这个比率等于对地等效电容之比Cp/Ca。这样，本发明能够通过适当地设定负载电容Cl和C2来减小接地泄漏电流Ig。实际上，由于所述结构产生的寄生电容的影响以及负载的影响，电流不一定被减小到O。尽管可能电容比C2/C1的最佳值由于各种扰动而轻微地偏移，但是能够依赖于不同·结构来简单地设定电容比C2/C1的最佳值。(第二实施例)图8A、8B和8C阐释了根据第二实施例的三个示例电力传输系统的结构。这些电力传输系统的任一个都具有电流检测和电容控制电路12，所述电路在接地泄漏电流Ig流经的路径中。电流检测和电容控制电路12包括配置为检测接地泄漏电流Ig的电路(例如包括串联插入的电阻并且测量相对两端处电压的电路)，以及电容控制电路，电容控制电路配置为基于检测的结果改变负载电容Cl和C2中的一个或者两个。在图8A所示的示例中，在电力发送设备102A的无源电极2与馈电部之间的负载电容C2由可变电容元件形成，电流检测和电容控制电路12控制负载电容C2的值。在图8B所示的示例中，在电力发送设备102B的有源电极3与馈电部之间的负载电容Cl由可变电容元件形成，电流检测和电容控制电路12控制负载电容Cl的值。在图SC所示的示例中，电力发送设备102C的负载电容Cl和C2均由相应的可变电容元件形成，电流检测和电容控制电路12控制各个负载电容Cl和C2的值。在可变电容元件被结合作为负载电容Cl和C2中的一个或者两个的情况下，可变电容元件的耐受电压是考虑到可变电容元件的插入位置和电容值而确定的。第二实施例检测接地泄漏电流Ig并且执行反馈控制，以减小电流Ig的值，从而能够随着负载的变化进行跟踪控制以及随着环境条件的变化进行跟踪控制。(第三实施例)图9A是概念性地阐释根据第三实施例的电力发送设备104的相关部分的视图，以及图9B是电力发送设备104的等效电路图。电力发送设备104包括有源电极3、无源电极2、升压变压器11和高频电压产生电路10。升压变压器11具有形成了馈电部的初级线圈，并且配置为将高频的高压馈送到有源电极3与无源电极2之间。高频电压产生电路10将高频电压施加至升压变压器11的初级线圈Np。升压变压器11通过将来自高频电压产生电路10的高频电压施加至其初级线圈Np来在其次级线圈Ns处产生高频的高压，并且将高频的高压馈送到有源电极3与无源电极2之间。
变压器11的次级线圈Ns具有分接头IIT，分接头被接地至电力发送设备的电路接地。在图9B中，对地等效电容Ca是有源电极3与接地电势之间的等效电容(第一等效电容)，以及对地等效电容Cp是无源电极2与接地电势之间的等效电容(第二等效电容)。次级线圈Ns的从分接头IlT延伸至有源电极3的线圈部分具有表示为La的电感，以及次级线圈Ns的从分接头IlT延伸至无源电极2的其他部分具有表示为Lp的电感。分接头IlT的电压是通过使用电感La和Lp划分变压器11的次级线圈Ns相对两端上的电压(+Va)-(-Vp)而获得的分压。如图9A所示的次级线圈Ns上分接头IlT从其延伸的分接头位置是可变的。通过设定分接头位置，确定电感La与Lp之间的比率。分接头IlT被连接至高频电压产生电路10的接地。调节电感比La/Lp，使得流经高频电压产生电路10的接地线的接地泄漏电流Ig为O。换句话说，可以简单地设立分接头IlT的分接头位置，以使接地泄漏电流Ig最小。
通常，当电感比La/Lp实质上等于第二对地等效电容Cp与第一对地等效电容Ca的比率时，如由下面的公式表示的，接地泄漏电流Ig最小。La/Lp = Cp/Ca …(3)(第四实施例)图IOA是概念性地阐释根据第四实施例的电力发送设备105的相关部分的视图，以及图IOB是电力发送设备105的等效电路图。电力发送设备105包括有源电极3、无源电极2、升压变压器11和高频电压产生电路10。升压变压器11具有形成了馈电部的初级线圈，并且配置为将高频的高压馈送到有源电极3与无源电极2之间。高频电压产生电路10将高频电压施加至升压变压器11的初级线圈Np。升压变压器11通过将来自高频电压产生电路10的高频电压施加至其初级线圈Np而在其次级线圈Ns处产生高频的高压，并且将高频的高压馈送到有源电极3与无源电极2之间。变压器11的次级线圈Ns具有分接头11T。在分接头IlT与无源电极2之间提供了辅助分压器14。辅助分压器14的输出被接地至电力发送设备的电路接地。在图IOB所示的示例中，辅助分压器14是可变电阻元件。次级线圈Ns的从分接头IlT延伸至有源电极3的线圈部分具有表示为La的电感，以及次级线圈Ns的从分接头IlT延伸至无源电极2的其他部分具有表示为Lp的电感。在可变电阻元件的分接头IlT侧端子与输出端子14T之间的电阻值表示为Ra，以及在输出端子14T与无源电极2侧端子之间的电阻值表示为Rp。由次级线圈Ns和辅助分压器14确定的分压比表示如下{Lp (Rp/ (Ra+Rp))} / {La+Lp (Ra/ (Ra+Rp))}因此，当以下关系成立时，接地泄漏电流Ig最小。Ca/Cp = {Lp (Rp/ (Ra+Rp))} / {La+Lp (Ra/ (Ra+Rp))} ... (4)(第五实施例)图IlA是概念性地阐释根据第五实施例的电力发送设备106的相关部分的视图，以及图IlB是电力发送设备106的等效电路图。第五实施例与第四实施例类似在于，分接头在变压器11的次级线圈Ns上的位置是固定的，同时在分接头与无源电极2之间提供辅助分压器。用在第五实施例中的辅助分压器是串联电路，包括固定电容器(第一电容器)CDa和可变电容器(第二电容器)CDp。固定电容器与可变电容器之间的连接点被接地至电力发送设备的电路接地。次级线圈Ns的从分接头IlT延伸至有源电极3的线圈部分具有表示为La的电感，次级线圈Ns的从分接头IlT延伸至无源电极2的其余线圈部分具有表示为Lp的电感。固定电容器CDa具有表示为CDa的电容，可变电容器CDp具有表示为CDp的电容。由次级线圈Ns和辅助分压器确定的分压比表示如下{Lp(CDa/ (CDa+CDp))}/{La+Lp (CDp/ (CDa+CDp))}因此，当以下关系成立时，接地泄漏电流Ig最小。Ca/Cp = {Lp(CDa/(CDa+CDp))}/{La+Lp(CDp/(CDa+CDp))} ... (5)(第六实施例)·
图12是概念性地阐释根据第六实施例的电力发送设备107的相关部分的视图。第六实施例与第四和第五实施例类似在于，分接头在变压器11的次级线圈Ns上的位置是固定的，同时在分接头与无源电极2之间提供辅助分压器。用在第六实施例中的辅助分压器14包括二极管Da、电容器CDp和运算放大器16。运算放大器16具有输出端子，输出端子被接地至电力发送设备的电路接地。允许接地泄漏电流Ig流经的电流路径上具有电流检测电路15。电流检测电路15是例如共模抑制线圈元件，并且配置为输出小的共模电流，该共模电流是接地泄漏电流流经共模抑制线圈元件而导致的，并且穿过对发生器馈电的两个电源线。共模抑制线圈是包括围绕磁芯的第一和第二绕组的部件，其中差分电流产生抵消磁场，并且共模抑制线圈配备有用于共模电流检测的特定第三绕组。运算放大器16通过差分地放大电流检测电路15的输出电压来控制运算放大器16的输出电压。由针对电容器CDp的充电电压作为源电压,来操作运算放大器16。因此，运算放大器16的输出电势在从最小电势(无源电极2的电势与电容器CDp的电压之间的差)到最大电势(无源电极2的电势)的电压范围内变化。运算放大器16的操作使得辅助分压器14可以用作能够改变分压比的分压器。执行反馈控制使得接地泄漏电流Ig近似为O。这样，可以使馈电部的电势实质上等于接地电势。因此，不必要的接地泄漏电流难以流经高频电压产生电路的电源线，使得不必要的电磁场耦合被抑制。此外，由于电偶极尺寸不会增加，因此可以实现高效率的电力传输。(第七实施例)第七实施例针对上述每个实施例的电力接收设备201内部提供的负载电路5的一个具体示例。图13是根据第七实施例的电力接收设备201的电路图。负载电路5包括整流平滑电路30和低压电路部分29。整流平滑电路30包括降压变压器T、整流二极管Dl和D2、以及平滑电容器C。变压器T的初级线圈具有连接至有源电极6的一端和连接至无源电极7的相对端。变压器T的次级线圈由全波整流电路形成，全波整流电路包括整流二极管Dl和D2以及平滑电容器C。整流平滑电路30可以包括谐振电路。替代地，可以在整流平滑电路30之前提供这种谐振电路。在这个示例中，电力接收设备201形成非接触式充电设备，以及低压电路部分29包括控制电路31和二次电池32，控制电路由用作电源的整流平滑电路所整流并平滑的电压来操作。控制电路31执行对二次电池32的充电控制、使用二次电池32作为电源的充电控制、以及其他预定的电路操作。(第八实施例)第八实施例针对具有变压器的高频电力设备。图14是阐述高频电力设备的主要部分的电路图。高频电力产生电路10将高频电压施加至变压器11的初级线圈Np。变压器11通过将来自高频电压产生电路10的高频电压施加至其初级线圈Np而在其次级线圈Ns处产生高频高压。在次级线圈Ns处产生的高频电压被施加至负载电路5。在图14中，对地等效电容Ca是在变压器11的次级线圈Ns的高电势侧与接地电势之间的等效电容(第一等效电容)，以及对地等效电容Cp是变压器11的次级线圈Ns的低电势侧与接地电势之间的等效电容(第二等效电容)。 另一方面，负载电容Cl是次级线圈Ns的高电势侧与馈电部(即变压器11的初级线圈Np)之间的耦合电容，以及负载电容C2是次级线圈Ns的低电势侧与馈电部之间的耦合电容。在该具有变压器的高频电力设备中，可以根据变压器的次级线圈的高电势侧与大地接地(即大地)之间的对地等效电容Ca以及次级线圈的低电势侧与大地接地(即大地)之间的对地等效电容Cp，简单地调节负载电容Cl和C2的值，以使接地泄漏电流Ig最小。对此，条件与由公式(I)表示的条件是相同的。(第九实施例)第九实施例针对具有变压器的电场产生设备。图15是电场产生设备的电路图。高频电力产生电路10将高频电压施加至变压器11的初级线圈Np。变压器11的次级线圈Ns被连接至用于电场产生的相对电极。在图15中，对地等效电容Ca是变压器11的次级线圈Ns的高电势侧(相对电极之一)与接地电势之间的等效电容，以及对地等效电容Cp是变压器11的次级线圈Ns的低电势侧(相对电极中的另一个)与接地电势之间的等效电容。另一方面，负载电容Cl是次级线圈Ns的高电势侧与馈电部(即变压器11的初级线圈Np)之间的耦合电容，以及负载电容C2是次级线圈Ns的低电势侧与馈电部之间的耦合电容。在该具有变压器的高频电力设备中，可以根据变压器的次级线圈的高电势侧与大地接地(即大地)之间的对地等效电容Ca以及次级线圈的低电势侧与大地接地(即大地)之间的对地等效电容Cp，简单地调节负载电容Cl和C2的值，以使接地泄漏电流Ig最小。对此，条件与由公式(I)表示的条件是相同的。(第十实施例)第十实施例针对电容性耦合电力传输系统。图16是电力传输系统的电路图，所述系统配置为通过谐振电路之间的电容性耦合来传输电力。电力传输系统包括电力发送设备108和电力接收设备208。电力发送设备108包括形成产生电极的无源电极和有源电极，以及电力接收设备208包括形成电动势电极的无源电极和有源电极。电力发送设备108的有源电极和电力接收设备208的有源电极被高电场区域包围。通过产生电极、电动势电极和周围的电介质，电力发送设备108的电容Cs与电力接收设备208的电容Cr彼此电容性耦
八
口 οf禹合因子k由下面使用互电容CM、电容Cs和电容Cr的公式表不。K = CM/SQRT (Cs^Cr)
其中，电容Cs和Cr是分别并联连接至变压器11的次级线圈Ns和变压器17的初级线圈的电容。将包括变压器11的次级线圈Ns和电容Cs的谐振电路的谐振频率与包括变压器17的初级线圈Np和电容Cr的谐振电路的谐振频率设置成实质上彼此相等，因此在谐振状态下这些谐振电路彼此电容性耦合。在图16中，电力发送设备108的对地等效电容Ca是连接至变压器11的次级线圈Ns的高电势侧的有源电极与接地电势之间的等效电容，以及对地等效电容Cp是连接至次级线圈Ns的低电势侧的无源电极与接地电势之间的等效电容。负载电容Cl是次级线圈Ns的高电势侧与馈电部(即变压器11的初级线圈Np)之间的耦合电容，以及负载电容C2是次级线圈Ns的低电势侧与馈电部之间的耦合电容。在该形成谐振电路的电容性耦合电力传输系统中，可以根据变压器的次级线圈的高电势侧与大地接地(即大地)之间的对地等效电容Ca以及次级线圈的低电势侧与大地接地(即大地)之间的对地等效电容Cp，简单地调节负载电容Cl和C2的值，以使接地泄漏电流Ig最小。对此，条件与由公式(I)表示的 条件是相同的。(第^^一实施例)第十一实施例针对电感性耦合电力传输系统。图17所示的电力传输系统包括电力发送设备109和电力接收设备209。电力发送设备109和电力接收设备209分别包括电力传输线圈Np和电力接收线圈Ns，这两个线圈通过磁场彼此耦合。电力接收设备209的对地等效电容Ca是电力接收线圈Ns的高电势侧与接地电势之间的等效电容，对地等效电容Cp是电力接收线圈Ns的低电势侧与接地电势之间的等效电容。负载电容Cl是电力接收线圈Ns的高电势侧与馈电部(即电力发送设备的电力发送线圈Np)之间的耦合电容，以及负载电容C2是电力接收线圈Ns的低电势侧与馈电部之间的耦合电容。在该形成了谐振电路的电感性耦合电力传输系统中，可以根据电力接收线圈Ns的高电势侧与大地接地(即大地)之间的对地等效电容Ca以及电力接收线圈Ns的低电势侧与大地接地(即大地)之间的对地等效电容Cp，简单地调节负载电容Cl和C2的数值，以使接地泄漏电流Ig最小。对此，条件与由公式(I)表示的条件是相同的。(第十二实施例)第十二实施例针对电感性耦合电力传输系统，所述系统配置为自动地调节负载电容C2，以使接地泄漏电流Ig最小。图18所示的电力传输系统包括电力发送设备110和电力接收设备210。电力发送设备110和电力接收设备210分别包括电力传输线圈Np和电力接收线圈Ns，这两个线圈通过磁场彼此耦合。电力发送设备110和电力接收设备210分别形成具有电极18和电极19，这两个电极彼此相对以产生电容。电力发送设备110具有在上述的电极与电力发送线圈Np的低电势侧之间的可变电容器CC2。电力发送设备110还包括电流检测和电容控制电路12，该电路在接地泄漏电流Ig流经的路径中。电流检测和电容控制电路12包括配置为检测接地泄漏电流Ig的电路，以及电容控制电路，电容控制电路配置为基于检测的结果改变可变电容器CC2的电容。因此，该电感耦合性电力传输系统能够通过负载电容的反馈控制持续地减小接地泄漏电流Ig。(第十三实施例)
第十三实施例针对基于磁谐振的电力传输系统。图19所不的电力传输系统包括电力发送设备111和电力接收设备211。电力发送设备111包括高频电压产生电路10和变压器11。作为电力发送线圈的谐振线圈Ls以及谐振电容器Cs被连接至变压器11的次级线圈Ns。电力接收设备211包括作为电力接收线圈的谐振线圈Lr、谐振电容器Cr、变压器17和负载电路5。在电力发送设备111中，变压器11的次级线圈Ns、谐振线圈Ls和谐振电容器Cs形成谐振电路。在电力接收设备211中，变压器17的初级线圈Np、谐振线圈Lr和谐振电容器Cr形成谐振电路。电力发送设备111的谐振电路和电力接收设备211的谐振电路通过磁谐振彼此耦合。在电力发送设备111中，高压施加在与变压器11的次级线圈Ns相关联的电路(谐振电路)的谐振电容器Cs的相对端子上。在电力发送设备111中，负载电容Cl (是连接至谐振电容器Cs的高电势侧的第一阻抗元件)和负载电容C2(是连接至谐振电容器 Cs的低电势侧的第二阻抗元件)形成分压器。在谐振电容器Cs的高电势侧与大地接地之间产生对地等效电容Ca，而在谐振电容器Cs的低电势侧与大地接地之间产生对地等效电容Cp。在该基于磁谐振的电力传输系统中，可以根据谐振电容器Cs的高电势侧与大地接地(即大地)之间的对地等效电容Ca以及谐振电容器Cs的低电势侧与大地接地(即大地)之间的对地等效电容Cp，简单地调节负载电容Cl和C2的值，以使接地泄漏电流Ig最小。地产，条件与由公式(I)表示的条件是相同的。(第十四实施例)第十四实施例针对基于磁谐振的电力传输系统，所述系统配置为抑制在电力接收设备侧的接地泄漏电流。图20所示的电力传输系统包括电力发送设备111和电力接收设备212。电力发送设备111具有与图19所示电力发送设备相同的结构。电力接收设备212包括作为电力接收线圈的谐振线圈Lr、谐振电容器Cr、变压器17和负载电路5。在电力接收设备212中，高压被施加在与变压器17的初级线圈Np相关联的电路(谐振电路)的谐振电容器Cr的相对端子上。在电力接收设备212中，负载电容Cl’(是连接至谐振电容器Cr的高电势侧的第一阻抗元件)和负载电容C2’ (是连接至谐振电容器Cr的低电势侧的第二阻抗元件)形成分压器。在谐振电容器Cr的高电势侧与大地接地之间产生对地等效电容Ca’，而在谐振电容器Cr的低电势侧与大地接地之间产生对地等效电容 Cp’。甚至在基于磁谐振的电力传输系统的电力接收设备侧，也可以根据谐振电容器Cr的高电势侧与大地接地(即大地)之间的对地等效电容Ca’以及谐振电容器Cr的低电势侧与大地接地(即大地)之间的对地等效电容Cp’，简单地调节负载电容Cl’和C2’的值，以使接地泄漏电流Ig最小。对此，条件与由公式(I)表示的条件是相同的。(其他实施例)在根据某些前述实施例的电容性耦合电力传输系统中及其电力接收设备中，电力接收设备201的无源电极7位于远离电力发送设备。然而，电力接收设备201的无源电极7的形状不受限制。例如，无源电极7可以被成形为围绕负载电路5并且在有源电极6的附近是开口的。(参考符号列表)Cl……第一负载电容
C2......第二负载电容C3……第一等效屏蔽电极电容C4……第二等效屏蔽电极电容Ca......第一对地等效电容Cp......第二对地等效电容Dl, D2......整流二极管Ig......接地泄漏电流Np......初级线圈·
Ns......次级线圈T......变压器2......无源电极3......有源电极5……负载电路6......有源电极7......无源电极10......高频电压产生电路11、17......变压器12......电流检测和电容控制电路13......屏蔽导体14......辅助分压器21......外壳29......低压电路部分30......整流平滑电路31......控制电路32......二次电池101、102A、102B、102C、103A、103B......电力发送设备104至111......电力发送设备201、208至212......电力接收设备301、303A、303B......电力传输系统
权利要求
1.一种闻频电力设备，包括 变压器； 高频电压产生电路，配置为向所述变压器的初级线圈馈送高频电压，所述初级线圈形成了馈电部；以及 分压器，配置为以预定的电压比划分所述变压器的次级线圈的相对端子上或者与所述次级线圈相关联的电路的元件的相对端子上的电压，所述元件被施加高压，其中 所述分压器是其中第一阻抗元件和第二阻抗元件串联连接的串联电路； 所述第一阻抗元件是连接至所述变压器次级线圈的相对端子或者连接至与所述次级线圈相关联的电路的高电势侧的阻抗元件，以及所述第二阻抗元件是连接至所述次级线圈的相对端子或者连接至与所述次级线圈相关联的电路的低电势侧的阻抗元件； 所述第一阻抗元件具有表示为Za的阻抗，以及所述第二阻抗元件具有表示为Zp的阻抗，比率Za/Zp是所述第一阻抗元件的阻抗与所述第二阻抗元件的阻抗之比，实质上等于比率Cp/Ca，比率Cp/Ca是所述低电势侧的第二对地等效电容Cp与所述高电势侧的第一对地等效电容Ca之比。
2.一种电力传输系统,包括根据权利要求I所述的高频电力设备；以及彼此电感性耦合的电力发送设备和电力接收设备，其中变压器的初级线圈是安置在所述电力发送设备中的电力发送线圈，变压器的次级线圈是安置在所述电力接收设备中的电力接收线圈。
3.一种用在电力传输系统中的电力发送设备，电力传输系统包括根据权利要求I所述的高频电力设备、以及彼此电容性耦合的电力发送设备和电力接收设备，其特征在于 用于电容性耦合的电力发送设备侧有源电极连接至所述高电势侧，用于电容性耦合的电力发送设备侧无源电极连接至所述低电势侧。
4.根据权利要求3所述的电力发送设备，其中 所述第一阻抗元件是在所述有源电极与所述馈电部之间的第一负载电容；以及 所述第二阻抗元件是在所述无源电极与所述馈电部之间的第二负载电容。
5.根据权利要求4所述的电力发送设备，其中 所述第一负载电容是复合电容，所述复合电容由连接在所述有源电极与所述馈电部之间的电容元件与寄生电容组成，或者所述第一负载电容本身全部是所述寄生电容； 所述第二负载电容是复合电容，所述复合电容由连接在所述无源电极与所述馈电部之间的电容元件与寄生电容组成，或者所述第二负载电容本身全部是所述寄生电容；以及分别连接在所述有源电极与所述馈电部之间以及所述无源电极与所述馈电部之间的所述电容元件中的至少一个包括可变电容元件。
6.根据权利要求5所述的电力发送设备，所述电力发送设备具有电容控制电路，配置为检测在所述馈电部与所述高频电压产生电路的电路接地之间通过的电流，并且基于所述检测的结果控制所述可变电容元件的电容。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的电力发送设备，其中 所述变压器的次级线圈具有分接头； 所述第一阻抗元件是第一电感器，提供在所述次级线圈的分接头与所述次级线圈的更接近有源电极侧的端子之间； 所述第二阻抗元件是第二电感器，提供在所述次级线圈的分接头与所述次级线圈的更接近无源电极侧的端子之间；以及 所述第一电感器具有表示为La的电感，以及所述第二电感器具有表示为Lp的电感，比率La/Lp实质上等于所述第二对地等效电容Cp与所述第一对地等效电容Ca之比。
8.根据权利要求7所述的电力发送设备，还包括辅助分压器，配置为划分所述第二电感器的相对端子上的电压，并且使分压输出端子接地。
9.根据权利要求8所述的电力发送设备，其中 所述辅助分压器是串联电路，包括第一电阻元件以及第二电阻元件，所述第一电阻元件连接在所述分接头与所述分压输出端子之间，所述第二电阻元件连接在次级线圈的更接近无源电极侧的端子与所述分压输出端子之间； 所述第一电感器具有表示为La的电感，以及所述第二电感器具有表示为Lp的电感； 所述第一电阻元件具有表示为Ra的电阻值，以及所述第二电阻元件具有表示为Rp的电阻值；以及 Lp (Rp/ (Ra+Rp))与La+Lp (Ra/ (Ra+Rp))的比率实质上等于所述第一对地等效电容Ca与所述第二对地等效电容Cp之比。
10.根据权利要求8所述的电力发送设备，其中 所述辅助分压器是串联电路，包括第一电容器以及第二电容器，所述第一电容器连接在所述分接头与所述分压输出端子之间，所述第二电容器连接在次级线圈的更接近无源电极侧的端子与所述分压输出端子之间； 所述第一电感器具有表示为La的电感，以及所述第二电感器具有表示为Lp的电感； 所述第一电容器具有表不为CDa的电容，以及所述第二电容器具有表不为CDp的电容；以及 Lp (⑶a/(⑶a+⑶P))与La+Lp (⑶p/(⑶a+⑶p))的比率实质上等于所述第一对地等效电容Ca与所述第二对地等效电容Cp之比。
11.根据权利要求8所述的电力发送设备，还包括电流检测电路，配置为检测在所述馈电部与所述高频电压产生电路的电路接地之间通过的电流，其中 所述辅助分压器包括分压比控制电路，配置为基于所述电流检测电路的检测结果控制所述分压比。
12.—种电力传输系统,包括根据权利要求3至11中任一项所述的电力发送设备，以及电力接收设备，其中 所述电力接收设备包括负载电路，所述负载电路接收在所述电力接收设备的有源电极与所述电力接收设备的无源电极之间感应的电力。
全文摘要
电力传输系统(301)包括电力发送设备(101)和电力接收设备(201)，这些设备是电容性耦合的以允许以交变电流的方式进行电传导。电力发送设备(101)包括有源电极(3)、无源电极(2)、升压变压器(11)和高频电压产生电路(10)。电力接收设备(201)包括有源电极(6)、无源电极(7)和负载电路(5)。在有源电极(3)与无源电极(2)之间提供分压器，所用于基于负载电容(C1和C2)的电压划分。有源电极(3)和无源电极(2)具有各自的相对于接地电势的对地等效电容(Ca和Cp)。通过调节等效电路中各个电容的值来满足关系C2/C1＝Cp/Ca，使接地泄漏电流Ig最小。
文档编号H02J17/00GK102959830SQ20118001041
公开日2013年3月6日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者市川敬一, 亨利·邦达尔 申请人:株式会社村田制作所