CN113906650A - 通过谐振电感耦合无接触传输功率为机动车辆充电的装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种发送器(2)或接收器谐振电路，用于经由谐振电感耦合到接收器发送器谐振电路(1)来执行无接触功率传输，该电路(1)包括第一电容(C1)和第一绕组(E1)，该第一绕组(E1)包括电感(L1)和第一电阻(R1)，发送器谐振电路(2)包括值为C2'的第二电容(C2)和第二绕组(E2)，该第二绕组(E2)包括值为L2'的第二电感(L2)和值为R2'的第二电阻(R2)，发送器谐振电路(2)具有固有角频率u>2，使得w2＝1/V(L2'×C2')，并且具有固有频率f2，使得f2＝w2/(2π)，其特征在于第二电感(L2)的值以预定方式变化。

Description

通过谐振电感耦合无接触传输功率为机动车辆充电的装置
技术领域
本发明涉及一种发送器或接收器谐振电路以及一种用于经由谐振电感耦合无接触传输功率的设备，目的在于对机动车辆或任何类型的通过电功率的手段驱动的车辆进行充电或再充电。
背景技术
如本身已知的，当机动车辆或任何其它配备有用于存储电能的设备的物体停止时(在这种情况下是静态充电)或当其正在移动时(那么在这种情况下是动态充电)，经由无接触传输向该物体供电(功率在3到10kW之间)在技术上是可能的。然后通过磁耦合并且调谐到相同频率的远距离电路手段来实现经由无接触传输的供电。磁耦合的电路每个都包括至少一个谐振LC元件，L和C分别表示电感和电容。
这种类型的解决方案的问题是，为了传输令人满意的功率级别，具体是是几kW的功率级别，就每个谐振电路的工作频率和固有频率而言，其必须在高频(具体是85kHz或更高的量级)下进行操作。此外，这种类型的解决方案需要位于源和负载中的谐振元件之间的距离很小。
在如此高的频率级别下的操作主要导致需要使用昂贵的组件，例如软铁氧体和利兹(Litz)线，利兹线的线股的横截面非常小，例如直径小于或等于0.07mm。
发明内容
本发明的目的是至少部分减轻这些缺点。
为此，本发明的第一主题涉及一种第一谐振电路，具体是发送器或接收器，用于经由谐振电感耦合到第二谐振电路，具体是发送器或接收器，来执行无接触功率传输，该第二谐振电路包括第一电容和第一绕组，该第一绕组包括电感和第一电阻，
-第一谐振电路包括值为C2'的第二电容和第二绕组，
-第二绕组包括值为L2'的第二电感和值为R2'的第二电阻，
-第一谐振电路具有固有角频率ω2，使得ω2＝1/√(Leq×C2')，Leq是第一谐振电路的等效电感，并且第一谐振电路具有固有频率f2，使得f2＝ω2/(2π)，
-其特征在于，等效电感值Leq，具体是第二电感L2，以预定方式变化。
当发送器第一谐振电路磁耦合到第二谐振电路(具体是接收器)时，本发明使得增加由第一谐振电路(具体是发送器)输送到第二谐振电路(具体是接收器)的电击电流(electrical strike current)的幅度成为可能。
根据本发明的一个方面，Leq等于L2'。ω2＝1/√(L2'×C2')。
根据本发明的一个实现方式，第一谐振电路是发送器谐振电路，第二谐振电路是接收器谐振电路。
根据本发明的一个实现方式，第一谐振电路是接收器谐振电路，第二谐振电路是发送器谐振电路。
根据一个实现方式，第二电感包括磁路。
根据一种实现方式，第二电感的电感值经由第二电感的磁路的磁阻的变化而变化。
根据一种实现方式，第二电感的磁路包括至少一个相对于第二绕组可移动的部分。
根据一种实现方式，第二电感的磁路包括至少一个相对于第二绕组固定的部分。
根据一种实现方式，固定的部分和可移动的部分包括铁磁性或亚铁磁性材料。
根据一个实现方式，可移动的部分被设置为运动，使得突起部(protrusion)交替地朝向其他突起部或者位于两个突起部之间。
根据一种实现方式，第二电感的磁路的可移动的部分由电动机驱动。
根据一种实现方式，第二电感被制成一体。
根据一种实现方式，第二电感包括螺线管，具体是基本扁平形状的螺线管。
根据一种实现方式，第二电感的电感值以预定频率和电感变化的预定幅度hL围绕平均值L2moy来变化，使得固有角频率以角频率变化的预定幅度hω围绕平均值ω2moy来变化，其中ω2moy＝1/√(L2moy×C2')。
因此，本发明使得在第一谐振电路(具体是发送器)中放大电流和电压的幅度成为可能，该第一谐振电路具有足够高的放大增益以允许在较低频率和/或较大距离下进行操作。
根据一种实现方式，预定频率被选择成使得指数地增加流过第一谐振电路(具体是发送器)的电流的幅度。
因此，尽管相对于现有技术使用了非常低级别的频率，但是经由引入放大增益，本发明使得使用无接触方法在发送器谐振电路和接收器谐振电路之间传输令人满意的功率级别成为可能。
根据一个实现方式，第二电容具有基本恒定的值。
根据一个实现方式，第一谐振电路和/或第二谐振电路被布置成传输包括在1kW到500kW之间(具体是1kW到150kW之间)的功率。
根据一个实现方式，第一谐振电路，具体是发送器或接收器，被布置成调谐到第二谐振电路，具体是发送器或接收器。因此，第一谐振电路和发送器第二谐振电路具有基本相同的固有频率。
根据一种实现方式，预定频率等于第一谐振电路(具体是发送器)的固有频率的两倍到公差范围内。
这样的预定频率使得增加流过第一谐振电路(具体是发送器)的电流的幅度成为可能。
根据一种实现方式，容差ε是这样的，即ε＝√(((1/2)×hL×ω2moy)2-(R2'/L2')2)。
因此，预定频率包括在(2×f2)-ε和(2×f2)+ε之间。
根据一种实现方式，角频率变化的预定幅度hω严格大于2×(R2'/L2')×√(L2'×C2')。
根据一种实现方式，第二电感由可变磁阻组件形成，该可变磁阻组件包括转子和定子，转子和定子之间具有间隙，
-定子包括螺线管和多个定子臂，当电流通过螺线管时，所有的定子臂一起形成单个磁极，该极具体是从间隙的侧面考虑的，
-转子包括多个转子臂，当螺线管被电流通过时，这些转子臂形成单个磁极，该极具体是从间隙的侧面考虑的。
根据一种实现方式，两个相邻的转子臂由无磁段(amagnetic segment)成对分开。
根据一种实现方式，两个相邻的定子臂由无磁段成对分开。
根据一种实现方式，定子臂的数量等于转子臂的数量。
作为变型，定子臂的数量不同于转子臂的数量。
根据一种实现方式，每个定子臂相对于转子的旋转轴线在径向方向上延伸，并且包括一束层叠的磁片，这些磁片具体是相对于定子臂延伸的径向方向在正交径向方向上堆叠。
根据一种实现方式，堆叠相对于转子的旋转轴线在正交径向上堆叠。
作为变型，堆叠在平行于转子的旋转轴线的方向上进行。
根据一种实现方式，每个转子臂相对于转子的旋转轴线在径向方向上延伸，并且包括一束层叠的磁片，这些磁片具体是相对于转子臂延伸的径向方向在正交径向方向上堆叠。
根据一种实现方式，堆叠相对于转子的旋转轴线在正交径向上堆叠。
作为变型，堆叠在平行于转子的旋转轴线的方向上进行。
根据一种实现方式，转子包括无磁轴。
这允许磁通在轴线方向上仅通过转子臂，而不通过轴。
根据一种实现方式，每个转子臂包括突出段，具体是被径向放置在转子的旋转轴线的侧面。
这允许转子臂牢固地保持在轴上，并且使得通过引导由外部磁源生成的磁通量来限制磁通量泄漏成为可能。
根据一种实现方式，螺线管包括扁平的线匝，或者同心延伸和/或轴线方向延伸的多个线匝，具体地这些线匝没有利兹线。
根据一种实现方式，螺线管被布置成使得在线匝中流动的AC电严格低于3kHz。
根据一种实现方式，线匝包括利兹线，其横截面的直径严格大于0.2mm，具体是严格大于0.3mm。
这使得减少导线的数量从而大大简化螺线管的实现成为可能。
根据一种实现方式，转子耦合到马达，以便允许其具体是以预定速度Ω旋转，该速度以转数/s表示并且是这样的，即Ω＝((2×F2)±ε)/(N)，N是定子臂的数量。
根据一种实现方式，第二电容包括聚丙烯电容器，具体是至少900μF的聚丙烯电容器。
根据一个实现方式，第二电感由并联电连接的螺线管和电子电压逆变器形成。
根据一个实现方式，电子电压逆变器包括功率组件，例如形成至少两个臂的IGBT。
根据一种实现方式，电子电压逆变器输送通过DC控制电压控制的AC电压。
根据一种实现方式，DC控制电压由电源提供，该电源能够输送大于或等于将经由谐振电感耦合传输的功率的功率。
根据一种实现方式，第一谐振电路还包括与第二电感串联的值为L2f'的控制电感。
控制电感L2f的电感值L2f'以预定的方式变化。
根据本发明的一个方面，Leq等于L2'+L2f'。ω2＝1/√((L2'+L2f')×C2')。
根据一种实现方式，控制电感由电子电压逆变器形成，该电子电压逆变器具体被布置成仿真控制电感的电特性和电感值L2f'。
当第一谐振电路(具体是发送器)磁耦合到第二谐振电路(具体是接收器)时，本发明使得增加由第一谐振电路输送到第二谐振电路的电击电流的幅度成为可能。
根据一种实现方式，电子电压逆变器具备两个连接端子，AC电压通过这两个连接端子被输送，这两个连接端子是在其间仿真控制电感的两个端子。
根据一种实现方式，控制电感的电感值L2f'作为时间的函数围绕L2moy，并且以等于2×ω2moy的角频率正弦变化，从而指数地增加流过第二谐振电路的电流的幅度。
作为变型，控制电感的电感值L2f'变化，使得固有角频率ω2的平方作为时间的函数围绕(ω2moy)2，并且以等于2×ω2moy的角频率正弦变化，从而指数地增加流过第二谐振电路的电流的幅度。
换句话说，根据后一种变型，控制电感的电感值L2f'作为时间的函数根据1/(C2'×(ω2)2)而变化，(ω2)2作为时间的函数并且围绕值(ω2moy)2正弦变化。
本发明的另一个主题是一种用于经由谐振电感耦合无接触传输功率的设备，具体是为了用电功率对机动车辆进行充电或再充电，该设备包括：
-功率源，具体是AC功率源，
-形成接收器谐振电路的第二谐振电路，包括第一电容和第一绕组，第一绕组包括电感和第一电阻，
-如上所述的第一谐振电路，发送器第一谐振电路由电源供电。第一谐振电路形成发送器谐振电路。
本发明的另一个主题是一种用于经由谐振电感耦合无接触传输功率的设备，具体是为了用电功率对机动车辆进行充电或再充电，该设备包括：
-功率源，具体是AC功率源，
-形成发送器谐振电路的第二谐振电路，包括第一电容和第一绕组，第一绕组包括电感和第一电阻，第二电路由功率源供电，
-如上所述的第一谐振电路，该第一谐振电路形成接收器谐振电路。
本发明的另一个主题是一种用于对机动车辆进行无接触充电或再充电的组件，包括：
-如上所述的用于经由谐振电感耦合无接触传输功率的设备，
-整流器，电连接到在第一谐振电路和第二谐振电路中形成接收器电路的谐振电路，用于整流通过由在第一谐振电路和第二谐振电路中形成发送器谐振电路的谐振电路生成的磁场的变化生成的电流，
-储存电能的设备，由整流器充电。
附图说明
通过阅读以下描述和研究附图，将更好地理解本发明。这些附图仅作为说明给出，并不限制本发明。
图1是根据本发明的用于对机动车辆进行无接触充电或再充电的组件的示意图；
图2是根据本发明的用于经由谐振电感耦合无接触传输功率的设备的示意图；
图3是根据本发明的可变磁阻组件的示意图；
图4是图3的组件沿截面A-A的示意图；
图5是根据本发明的第二电感的示意图；
图6是根据本发明的用于经由谐振电感耦合无接触传输功率的设备的示意图；
图7是根据本发明的控制电感的示意图。
具体实施方式
如图1所示，机动车辆30包括用于存储电能的设备20，具体是电池20，目的在于向牵引电动机(未示出)和机动车辆30的车载网络提供电功率。机动车辆30的电池20例如具有48V或300V的标称电压，并且可以使用用于经由谐振电感耦合100无接触地传输功率的设备来无接触地充电或再充电。
在图1的示例中，用于经由谐振电感耦合无接触传输功率的设备100包括AC功率源10，该AC功率源10向整流器12输送功率，整流器12电连接到逆变器13，逆变器13因此以高于源10的频率向第一谐振电路(这里形成发送器电路2)输送AC功率。作为变型，功率源10可以在直接可用的频率下进行操作，因此不需要整流器12和逆变器13。在图1的示例中，绕组E0经由到功率源10的有线连接被供电。然后该绕组E0经由电感耦合给发送器谐振电路2供电。
作为一种变型(未示出)，AC功率源10可以用AC直接给发送器谐振电路2供电。
在图1的示例中，第二谐振电路(这里形成接收器谐振电路1)包括第一电容C1和第一绕组E1。
用于经由谐振电感耦合无接触传输功率的设备100还包括发送器谐振电路2，该发送器谐振电路2包括第二电容C2和第二绕组E2。
当接收器谐振电路1磁耦合到发送器谐振电路2时，通过谐振电感耦合将功率无接触地传输到发送器谐振电路2。当第一和第二绕组E1、E2彼此靠近时，这种磁耦合发生。在所讨论的示例中，当第一和第二绕组E1、E2基本上处于包括10cm到1m之间的距离时，发生这种耦合。在另一个示例中，当该距离包括在1m到10m之间时，即使性能下降，也发生这种耦合
如图2所示，功率源10连接到与传输线圈L0串联的电阻R0。具体地，图1所示的绕组E0包括与传输线圈L0串联的寄生电阻R0。在图2中，为了简单起见，没有示出整流器12和逆变器13。
如图2所示，接收器谐振电路1由RLC电路组成。具体地，接收器谐振电路1包括与第一电阻R1和第一电容C1串联的第一电感L1。具体地，图1所示的第一绕组E1包括与第一电感L1串联的寄生电阻R1。
传输线圈L0磁耦合到第一电感L1。
发送器谐振电路2由RLC电路组成。具体地，发送器谐振电路2包括与第二电阻R2和第二电容C2串联的第二电感L2。具体地，图1所示的第二绕组E2包括与第一电感L2串联的寄生电阻R2。
第二电容C2包括聚丙烯电容，至少为900μF。
在所示的示例中，接收器谐振电路1和发送器谐振电路2被调谐。因此发送器谐振电路和接收器谐振电路具有基本相同的固有频率。
如图2所示，接收线圈L3电连接到电阻R3，电阻R3示意性地表示与由图1的整流器11和电池20形成的负载串联的寄生电阻。
这里，图1所示的绕组E3包括与接收线圈L3串联的寄生电阻。
接收线圈L3磁耦合到第二电感L2。
在图1和2的示例中，发送器谐振电路2和发射线圈L0位于地面上，而接收器谐振电路1和接收线圈L3位于车辆上。
在图1和2的示例中，第二电容具有值C2'，第二电感具有值L2'，第二电阻具有值R2'。此外，发送器谐振电路2具有固有角频率ω2，使得ω2＝1/√(L2'×C2')，并且发送器谐振电路2具有固有频率f2，使得f2＝ω2/(2π)。
第二电感L2的电感值以预定方式变化。
更准确地说，第二电感L2的电感值以预定频率和电感变化的预定幅度hL围绕平均值L2moy来变化，因此固有角频率以角频率变化的预定幅度hω围绕平均值ω2moy来变化，其中ω2moy＝1/√(L2moy×C2')。
预定频率被选择成使得指数地增加流过发送器谐振电路2的AC电流的幅度。
第二电感L2的电感值L2'作为时间的函数围绕L2moy，并且以等于2×ω2moy的角频率来正弦变化，以便指数地增加流过接收器谐振电路1的电流的幅度。
作为变型，第二电感L2的电感值L2'变化，使得固有角频率ω2的平方作为时间的函数围绕(ω2moy)2并且以等于2×ω2moy的角频率来正弦变化，从而指数地增加流过接收器谐振电路1的电流的幅度。
换句话说，根据该变型，第二电感的电感值L2'作为时间的函数根据1/(C2'×(ω2)2)来变化，(ω2)2作为时间的函数并且围绕值(ω2moy)2正弦变化。
第二电容C2具有基本恒定的值。“基本恒定的值”是指该电容的值不包括其中与温度或磨损或任何其他物理因素相关的变化。
预定频率等于发送器谐振电路2的固有频率的两倍到公差ε内。这个容差ε是这样的，即ε＝√(((1/2)×hL×ω2moy)2-(R2'/L2')2)。
因此，预定频率包括在(2×f2)-ε和(2×f2)+ε之间。
这样的预定频率使得增加流过发送器谐振电路2的电流的幅度成为可能。
根据一种实现方式，角频率变化的预定幅度hω严格大于2×(R2'/L2')×√(L2'×C2')。
参考图5描述第二电感L2的一个示例性实施例。
这里，第二电感L2由并联电连接的螺线管5和电子电压逆变器9形成。
电子电压逆变器9包括功率组件，具体是形成至少两个臂的IGBT。
电子电压逆变器9输送由DC控制电压VDC控制的AC电压。
DC控制电压VDC由电源提供，该电源能够输送大于或等于经由谐振电感耦合传输的功率的功率。
在图5的示例中，螺线管5包括扁平的线匝，或者同心延伸和/或轴线方向延伸的多个线匝。如参考图3所述，螺线管5可以使用定子3来制造，转子6或者不存在或者保持静止。
在图6和7的示例中，发送器谐振电路2还包括与第二电感R2和第二电容C2串联的值为L2f'的控制电感L2f。Leq＝L2'+L2f'。
第二电容具有值C2'，控制电感具有值L2F'，第二电阻具有值R2'。此外，发送器谐振电路2具有固有角频率ω2，使得ω2＝1/√((L2'+L2f'×C2')，并且具有固有频率f2，使得f2＝ω2/(2π)。
控制电感L2f的电感值L2f'以预定的方式变化。
更准确地说，控制电感L2f的电感值以预定频率和电感变化的预定幅度h1围绕平均值L2moy来变化，从而固有角频率以角频率变化的预定幅度hω围绕平均值ω2moy来变化，ω2moy＝1/√(L2moy×C2')。
预定频率被选择成使得指数地增加流过接收器谐振电路1的AC电流的幅度。
控制电感L2f的电感值L2f'作为时间的函数围绕L2moy，并且以等于2×ω2moy的角频率正弦变化，以便指数地增加流过接收器谐振电路1的电流的幅度。
作为变型，控制电感L2f的电感值L2f'变化，使得固有角频率ω2的平方作为时间的函数围绕(ω2moy)2，并且以等于2×ω2moy的角频率正弦变化，从而指数地增加流过接收器谐振电路1的电流的幅度。
换句话说，根据后一种变型，控制电感的电感值L2f'作为时间的函数根据1/(C2'×(ω2)2)变化，(ω2)2作为时间的函数并且围绕值(ω2moy)2正弦变化。
第二电容C2具有基本恒定的值。“基本恒定的值”是指该电容的值不包括其中与温度或磨损或任何其他物理因素相关的变化。
预定频率等于发送器谐振电路2的固有频率的两倍到公差ε内。这个容差ε是这样的，即ε＝√(((1/2)×hL×ω2moy)2-(R2'/(L2'+L2f'))2)。
因此，预定频率包括在(2×f2)-ε和(2×f2)+ε之间。
这样的预定频率使得增加流过发送器谐振电路2的电流的幅度成为可能。
根据一种实现方式，角频率变化的预定幅度hω严格地大于2×(R2'/(L2'+L2f'))×√((L2'+L2f')×C2')。
参考图6描述了控制电感L2f的一个示例性实施例。
这里，控制电感L2f由电子电压逆变器9形成。
电子电压逆变器9包括功率组件，具体是形成至少两个臂的IGBT。
电子电压逆变器9输送由DC控制电压VDC控制的AC电压。
DC控制电压VDC由电源提供，该电源能够输送大于或等于经由谐振电感耦合传输的功率的功率。
AC电压通过其被输送的端子是形成控制电感L2f的端子，例如由电子电压逆变器9仿真的端子。
参考图3和图4描述了第二电感L2的一个示例性实施例。
这里，第二电感L2由可变磁阻组件形成，该可变磁阻组件包括转子6和定子3，转子6和定子3之间具有间隙。定子3包括螺线管5和多个定子臂4，当螺线管5被电流通过时，所有定子臂4一起形成单个磁极。极是从间隙的侧面考虑的。转子6包括多个转子臂7，当螺线管5被电流通过时，这些转子臂7形成单个磁极。极是从间隙的侧面考虑的。
因此，螺线管5形成绕组。定子形成固定的部分，转子形成相对于绕组可移动的部分。
如图3所示，两个相邻的转子臂7由无磁段成对分开，两个相邻的定子臂4由无磁段成对分开。在所讨论的示例中，定子臂4的数量等于转子臂7的数量；在目前的情况下，这个数量等于12。
因此，定子3包括多个突起部，所有突起部都具有相同的极性，该极性在北向或南向的意义上(in the sense of)取决于流过螺线管5的电流的相位。此外，转子6包括多个突起部，所有突起部都具有相同的极性，该极性在北向或南向的意义上取决于流过螺线管5的电流的相位。定子3和转子6各自具有相同数量的磁性突起部，由磁性材料的缺失分开。
每个定子臂4相对于转子的旋转轴线X在径向方向上延伸，并且包括一束层叠磁片，这些磁片是相对于定子臂4延伸的径向方向在正交径向方向上堆叠的。在所讨论的示例中，堆叠相对于转子6的旋转轴线X在正交径向方向上堆叠。
每个转子臂7相对于转子的旋转轴线X在径向方向上延伸，并且包括一束层叠的磁片，这些磁片具体是相对于转子臂7延伸的径向方向在正交径向方向上堆叠的。在所讨论的示例中，堆叠相对于转子的旋转轴线X在正交径向方向上堆叠。
转子6包括由无磁材料制成的轴8。这允许磁通在轴线方向上仅通过转子臂7，而不通过轴8。
在所讨论的示例中，转子6的无磁性轴8既不是层叠的，也不是由软铁氧体制成的，以避免在所述轴8中形成不利的感应电流。
如图4所示，每个转子臂7包括突出段，具体是径向放置在转子6的旋转轴线X的一侧。这使得引导磁通量(channel the magnetic flux)，同时允许形成转子6的组件更好地机械保持就位成为可能。
在图3的示例中，螺线管5包括同心延伸的多个线匝。在图4的示例中，螺线管5可以包括轴线方向延伸的多个线匝。作为变型(未示出)，螺线管5可以包括单个扁平的线匝。
线匝没有利兹线。作为变型，线匝包括利兹线，其横截面的直径严格大于0.2mm，具体是严格大于0.3mm。
螺线管5被布置成使得流过构成它的线匝的AC电流具有严格低于3kHz的频率。
电动机(未示出)耦合到轴8，以允许转子6被驱动以预定速度Ω旋转，该速度Ω以转数/s表示，并且是这样的，即Ω＝((2×f0)+/-ε)/(N)，N是定子臂4的数量。该预定速度是在稳态下(即在瞬态机电状态结束时)测量的。
当然，以上描述仅通过示例给出，并不限制本发明的范围；用任何其他等价物替换各种元件不会构成对所述范围的偏离。
此外，本发明的各种特征、变型和/或实施例可以以各种组合彼此关联，只要它们不相互不兼容或相互排斥。

Claims (13)

1.一种第一谐振电路，具体是发送器(2)或接收器，用于经由谐振电感耦合到第二谐振电路来执行无接触功率传输，所述第二谐振电路具体是发送器或接收器(1)，所述第二谐振电路包括第一电容(C1)和第一绕组(E1)，所述第一绕组(E1)包括电感(L1)和第一电阻(R1)，
-所述第一谐振电路包括值为C2'的第二电容(C2)和第二绕组(E2)，所述第二绕组(E2)包括值为L2'的第二电感(L2)和值为R2'的第二电阻(R2)，
-所述第一谐振电路具有固有角频率ω2，使得ω2＝1/√(Leq×C2')，Leq是所述第一谐振电路的等效电感，并且所述第一谐振电路具有固有频率f2，使得f2＝ω2/(2π)，
-其特征在于，等效电感值Leq，具体是所述第二电感L2(Leq)，以预定方式变化。
2.根据权利要求1所述的第一谐振电路，在Leq＝L2'的情况下，所述第二电感(L2)的值以预定频率和电感变化的预定幅度hL围绕平均值L2moy来变化，使得固有角频率以角频率变化的预定幅度hω围绕平均值ω2moy来变化，其中ω2moy＝1/√(L2moy×C2')。
3.根据前述权利要求所述的第一谐振电路，所述预定频率被选择成使得指数地增加流过所述发送器谐振电路(2)的电流的幅度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的第一谐振电路，所述第一谐振电路被布置成调谐到所述第二谐振电路。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的第一谐振电路，其特征在于，所述预定频率等于所述发送器谐振电路(2)的固有频率的两倍到容差ε范围内，所述容差具体是使得ε是这样的，即ε＝√(((1/2)×hL×ω2moy)2-(R2'/L2')2)。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的第一谐振电路，角频率变化的所述预定幅度严格大于2×(R2'/L2')×√(L2'×C2')。
7.根据前述权利要求中任一项所述的第一谐振电路，所述第二电感(L2)由可变磁阻组件形成，所述可变磁阻组组件包括转子(6)和定子(3)，所述转子和所述定子之间具有间隙，
-所述定子(3)包括螺线管(5)和多个定子臂(4)，当电流通过所述螺线管(5)时，所有的所述定子臂(4)一起形成单个磁极，所述极具体是从所述间隙的侧面考虑的，
-所述转子(6)包括多个转子臂(7)，当电流通过所述螺线管(5)时，所述多个转子臂(7)形成单个磁极，所述极具体是从所述间隙的侧面考虑的。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的第一谐振电路，所述第二电感(L2)由并联电连接的螺线管(5)和电子电压逆变器(9)形成。
9.根据权利要求1所述的第一谐振电路，所述接收器谐振电路(2)还包括与所述第二电感(L2)串联的值为L2f'的控制电感(L2f)，Leq等于L2'+L2f'。
10.根据前述权利要求所述的第一谐振电路，所述控制电感由电子电压逆变器(9)形成，所述电子电压逆变器(9)具体被布置成仿真所述控制电感的电特性和所述电感值L2f'。
11.根据前述权利要求中任一项所述的第一谐振电路，所述第二电感(L2)包括磁路，所述磁路包括至少一个相对于所述第二绕组(E2)可移动的部分，所述可移动的部分具体由电动机驱动。
12.一种用于经由谐振电感耦合无接触传输功率的设备(100)，具体是为了用电功率对机动车辆进行充电或再充电，所述设备包括：
-功率源(10)，具体是AC功率源，
-形成接收器谐振电路(1)的第二谐振电路，包括第一电容(C1)和第一绕组(E1)，所述第一绕组(E1)包括电感(L1)和第一电阻(R1)，
-如前述权利要求中任一项所述的形成发送器谐振电路(2)的第一谐振电路，所述发送器谐振电路(2)由所述功率源(10)供电。
13.一种用于经由谐振电感耦合无接触传输功率的设备(100)，具体是为了用电功率对机动车辆进行充电或再充电，所述设备包括：
-功率源(10)，具体是AC功率源，
-形成发送器谐振电路的第二谐振电路，包括第一电容和第一绕组，所述第一绕组包括电感和第一电阻，所述第二电路由所述功率源供电，
-如上所述的第一谐振电路，所述第一谐振电路形成接收器谐振电路。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1813396A (zh) * 2003-05-23 2006-08-02 奥克兰联合服务有限公司 频率控制谐振变换器
JP2009106136A (ja) * 2007-10-25 2009-05-14 Toyota Motor Corp 電動車両および車両用給電装置
CN103178623A (zh) * 2013-03-01 2013-06-26 西安理工大学 磁耦合谐振式无线电能传输可控电感调谐装置
CN104333149A (zh) * 2014-11-13 2015-02-04 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 调谐电路、调谐方法和谐振型非接触供电装置
CN106849372A (zh) * 2017-03-11 2017-06-13 重庆大学 基于双侧f‑lclc谐振网络的ecpt系统及其参数设计方法
CN107636930A (zh) * 2015-08-28 2018-01-26 株式会社Ihi 非接触供电系统以及受电装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101482506B1 (ko) 2009-12-07 2015-01-13 후지쯔 가부시끼가이샤 자계 공명 송전 장치, 및, 자계 공명 수전 장치
JP6199058B2 (ja) 2013-03-25 2017-09-20 日東電工株式会社 無線電力伝送によって電力供給される被給電機器の受電電圧制御方法、当該受電電圧制御方法によって調整された無線電力伝送装置、及び、その無線電力伝送装置の製造方法
WO2015063920A1 (ja) 2013-10-31 2015-05-07 三菱電機エンジニアリング株式会社 共振型高周波電源装置
WO2015097809A1 (ja) 2013-12-26 2015-07-02 三菱電機エンジニアリング株式会社 共振型送信電源装置及び共振型送信電源システム
US9787114B2 (en) 2014-07-11 2017-10-10 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Wireless power transmitter and wireless power transmission system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1813396A (zh) * 2003-05-23 2006-08-02 奥克兰联合服务有限公司 频率控制谐振变换器
JP2009106136A (ja) * 2007-10-25 2009-05-14 Toyota Motor Corp 電動車両および車両用給電装置
CN103178623A (zh) * 2013-03-01 2013-06-26 西安理工大学 磁耦合谐振式无线电能传输可控电感调谐装置
CN104333149A (zh) * 2014-11-13 2015-02-04 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 调谐电路、调谐方法和谐振型非接触供电装置
CN107636930A (zh) * 2015-08-28 2018-01-26 株式会社Ihi 非接触供电系统以及受电装置
CN106849372A (zh) * 2017-03-11 2017-06-13 重庆大学 基于双侧f‑lclc谐振网络的ecpt系统及其参数设计方法

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