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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine automatische Abgleichschaltung für Hochfrequenz-Stromversorgung, die automatisch den Impedanzabgleich (Impedanzanpassung) zwischen der Ausgangsimpedanz einer Hochfrequenz-Stromversorgung und der Eingangsimpedanz einer Sendeantenne für Stromübertragung justiert.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Konventioneller Weise wird eine Abgleichschaltung vorgesehen, um den Impedanzabgleich zwischen einer Stromversorgung auf einer Eingangsseite und eine Primärspule (Sendeantenne) auf einer Ausgangsseite zu justieren (siehe beispielsweise Patenreferenz 1). In dieser Abgleichschaltung wird der justierbare Bereich des Impedanzabgleichs erweitert, indem ein variabler Induktor verwendet wird, dessen Induktanzwert dazu gebracht wird, variabel zu sein, indem ein Kontaktumschalten, das einen Schalter verwendet, verwendet wird und ein variabler Kondensator, dessen Kapazitätswert dazu gebracht wird, variabel zu sein, indem ein Kontaktschalten verwendet wird, das einen Schalter einsetzt.
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DOKUMENT DES STANDS DER TECHNIK
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PATENTREFERENZ
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- Patentreferenz 1: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2013-5614
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
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Weil jedoch der variable Kondensator und der variable Induktor in der konventionellen Konfiguration auf Elementen basieren, die konventionell bekannt gewesen sind, weist die Abgleichschaltung eine Elementstruktur mit mechanischen Kontakten auf. Daher ist ein Problem, dass die Haltbarkeit der Elemente kurz ist, aufgrund des Abnutzens der mechanischen Kontakte und diese kurze Lebensdauer limitiert die Lebensdauer des Systems. Ein weiteres Problem ist, dass, weil das Umschalten der Konstanten nicht bei einer hohen Geschwindigkeit durchgeführt werden kann, die Startgeschwindigkeit des Systems langsam ist. Noch ein weiteres Problem ist, dass, wenn ein Umschalten der Konstanten in einem energetisierten Zustand durchgeführt wird, eine elektrische Entladung in den mechanischen Kontakten innerhalb der Elemente auftritt und dies führt zum Indukzieren von Komponentenausfällen aufgrund von Schmelzen, Schweißen, Karbonisierung, Hochspannungsrauschen oder dergleichen.
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Weiter wird bei der konventionellen Konfiguration ein Fall, in welchem die Eingangsimpedanz der Sendeantenne variiert, nicht angenommen. Daher ist ein Problem, dass ein effektiver Impedanzabgleich für ein sich bewegendes Objekt nicht erzielt werden kann, bei welchem die Distanz zwischen einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne in einem Funkleistungs-Sendesystem variiert.
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Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die oben erwähnten Probleme zu lösen und es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Automatikabgleichschaltung für eine Hochfrequenz-Stromversorgung bereitzustellen, welche automatisch den Impedanzabgleich zwischen der Ausgangsimpedanz einer Hochfrequenz-Stromversorgung und der Eingangsimpedanz einer Sendeantenne für Leistungsübertragung unter Verwendung von Elementen, die alle keinen mechanischen Kontakt aufweisen, justieren kann.
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MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine automatische Abgleichschaltung für eine Hochfrequenz-Stromversorgung bereitgestellt, wobei die automatische Abgleichschaltung enthält: einen variablen Induktor, der vorgesehen ist, um einen Impedanzabgleich bei einer Hochfrequenz gleich oder höher als 2 MHz zwischen der Ausgangsimpedanz einer Hochfrequenz-Stromversorgung und der Eingangsimpedanz einer Sendeantenne zur Leistungsübertragung durchzuführen, um einen Induktanzwert zu veranlassen, variabel zu sein, durch Verwenden eines elektronischen Teils, das elektrisch ein Kontaktumschalten einschließlich kontinuierlichen Kontaktumschaltens durchführt; einen variablen Kondensator, der vorgesehen ist, den Impedanzabgleich durchzuführen, um einen Kapazitätswert dazu zu veranlassen, variabel zu sein, unter Verwenden eines elektronischen Teils, das elektrisch ein Kontaktumschalten einschließlich kontinuierlichem Kontaktumschaltens durchführt; und eine variable Steuerschaltung zum Steuern der elektronischen Teile in dem variablen Induktor und dem variablen Kondensator, von denen jede elektrisch das Kontaktumschalten einschließlich des kontinuierlichen Kontaktumschaltens auf solche Weise durchführt, dass der Impedanzabgleich durchgeführt wird.
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VORTEILE DER ERFINDUNG
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Weil die Automatikabgleichschaltung für eine Hochfrequenz-Stromversorgung gemäß der vorliegenden Erfindung wie oben konfiguriert ist, kann die automatische Abgleichschaltung für die Hochfrequenz-Stromversorgung automatisch in Impedanzabgleich zwischen der Ausgangsimpedanz der Hochfrequenz-Stromversorgung und der Eingangsimpedanz der Sendeantenne zur Leistungsübertragung unter Verwendung der Elemente, die alle keinen mechanischen Kontakt aufweisen, justieren.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 ist ein Diagramm, welches die Konfiguration einer automatischen Abgleichschaltung für eine Hochfrequenz-Stromversorgung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist ein Diagramm, welches die Konfiguration eines variablen Induktors in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ist ein Diagramm, welches ein anderes Beispiel der Konfiguration des variablen Induktors in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 ist ein Diagramm, welches ein anderes Beispiel der Konfiguration des variablen Induktors in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ist ein Diagramm, welches die Konfiguration jedes variablen Kondensators in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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6 ist ein Diagramm, das ein anderes Beispiel der Konfiguration der automatischen Abgleichschaltung für die Hochfrequenz-Stromversorgung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt (in einem Fall, in welchem eine variable Resonanzbedingungsautomatik-Abgleichschaltung vorgesehen ist).
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
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Ausführungsform 1
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1 ist ein Diagramm, welches die Konfiguration einer automatischen Abgleichschaltung für eine Hochfrequenz-Stromversorgung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Eine automatische Abgleichschaltung für eine Hochfrequenz-Stromversorgung justiert automatisch den Impedanzabgleich bei einer hohen Frequenz gleich oder höher als 2 MHz zwischen der Ausgangsimpedanz der Hochfrequenz-Stromversorgung 10 und der Eingangsimpedanz (Lastimpedanz) einer Resonanztyp-Sendeantenne (Sendeantenne für Leistungsübertragen) 11. Diese automatische Abgleichschaltung für eine Hochfrequenz-Stromversorgung ist mit einem variablen Induktor (Spule) L1, variablen Kondensatoren C1 und C2 und einer variablen Steuerschaltung 1 konfiguriert, wie in 1 gezeigt.
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Die Hochfrequenz-Stromversorgung 10 liefert einen Wechselstrom bei einer hohen Frequenz gleich oder höher als 2 MHz. Weiter ist die Resonanztyp-Sendeantenne 11 eine Resonanztypantenne mit einer LC-Resonanz-Charakteristik für Leistungsübertragung (die Antenne ist nicht auf nur eine von Nichtkontakttyp beschränkt). Diese Resonanztyp-Sendeantenne 11 kann irgendeine von dem Magnetfeldresonanztyp, Elektrofeldresonanztyp und Elektromagnet-Induktionstyp sein.
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Der variable Induktor L1 ist ein Element zum Durchführen des Impedanzabgleichs bei einer Hochfrequenz gleich oder höher als 2 MHz zwischen der Ausgangsimpedanz der Hochfrequenz-Stromversorgung 10 und der Eingangsimpedanz der Resonanztyp-Sendeantenne 11. Dieser variable Induktor L1 ist auf solche Weise konfiguriert, dass er in der Lage ist, seinen Induktanzwert (L-Wert) unter der Steuerung durch die variable Steuerschaltung 1 zu variieren, durch Verwenden eines Elektronikteils, welches elektrisch Kontaktumschalten einschließlich kontinuierlichem Kontaktschalten durchführt. Spezifischer ist der variable Induktor L1 ein Element, das keinen mechanischen Kontakt als eine Komponente aufweist, um den Induktanzwert zu veranlassen, variabel zu sein. Die Details dieses variablen Induktors L1 werden unten beschrieben.
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Die variablen Kondensatoren C1 und C2 sind beides Elemente zum Durchführen der Impedanzabgleichs bei einer Hochfrequenz gleich oder höher als 2 MHz zwischen der Ausgangsimpedanz der Hochfrequenz-Stromversorgung 10 und der Eingangsimpedanz der Resonanztyp-Sendeantenne 11. Jeder dieser variablen Kondensatoren C1 und C2 ist auf solche Weise konfiguriert, dass er in der Lage ist, seinen Kapazitätswert unter der Steuerung durch die Steuerschaltung 1 zu variieren, unter Verwendung eines Elektronikteils, welcher elektrisch ein Kontaktumschalten einschließlich kontinuierlichem Kontaktumschalten durchführt. Spezifischer ist jeder der variablen Kondensatoren C1 und C2 ein Element, das keinerlei mechanischen Kontakt als eine Komponente zum Variieren des Kapazitätswerts aufweist. Die Details dieser variablen Kondensatoren C1 und C2 werden unten beschrieben.
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Die variable Steuerschaltung 1 steuert die Elektronikteile in dem variablen Induktor L1 und den variablen Kondensatoren C1 und C2, die alle das Kontaktschalten einschließlich des kontinuierlichen Kontaktschaltens elektrisch durchführen, auf solche Weise, dass der Impedanzabgleich bei einer Hochfrequenz gleich oder höher als 2 MHz zwischen der Ausgangsimpedanz der Hochfrequenz-Stromversorgung 10 und der Eingangsimpedanz der Resonanztyp-Sendeantenne 11 durchgeführt wird. Spezifischer, indem diese variable Steuerschaltung 1 verwendet wird, veranlasst die Automatik-Abgleichschaltung für Hochfrequenz-Stromversorgung den Induktanzwert des variablen Induktors L1 und die Kapazitätswerte der variablen Kondensatoren C1 und C2, variabel zu sein, wodurch der Impedanzabgleich automatisch justiert wird. Diese variable Steuerschaltung 1 ist auf solche Weise konfiguriert, dass die variable Steuerschaltung durch entweder Programmausführung basierend auf Software und unter Verwendung einer CPU oder Rückkopplungssteuerung unter Verwendung eines Detektionssignals anhand einer Spannung und eines auf die Resonanztyp-Sendeantenne 11 überlagerten Stroms implementiert wird.
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Als Nächstes werden Beispiele der Konfiguration des variablen Induktors L1 unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 beschrieben.
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In den Beispielen von 2 wird eine Motorsteuerschaltung 22 als der Elektronikteil verwendet, der das Kontaktumschalten einschließlich des kontinuierlichen Kontaktumschaltens elektrisch durchführt, und ist der variable Induktor L1 von einem Typ, der automatisch die Magnetpfadlänge einer Spule 21 veranlasst, variabel zu sein, unter Verwendung dieser Motorsteuerschaltung 22. In dieser Konfiguration veranlasst die Automatik-Abgleichschaltung für Hochfrequenz-Stromversorgung den Induktionswert dazu, variabel zu sein, indem die Motorsteuerschaltung 22 unter Verwendung der variablen Steuerschaltung 1 angetrieben wird, um zu veranlassen, dass die Magnetpfadlänge der Spule 21 physikalisch variabel ist. In den Beispielen von 2(a) und 2(b) ist die Anzahl von Wicklungen der Spule 21 die gleiche.
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Weiter, im Beispiel von 3, werden Feldeffekttransistoren (FETs) 23 als der Elektronikteil verwendet, der das Kontaktumschalten einschließlich des kontinuierlichen Kontaktumschaltens elektrisch durchführt, und ist der variable Induktanz L1 von einem Typ, der automatisch die Anzahl von Wicklungen der Spule 21 unter Verwendung dieser FETs 23 justiert. In dieser Konfiguration ist ein FET 23 mit jedem Punkt der Spule 21, die eine gewisse Anzahl von Wicklungen aufweist, verbunden, und wird das Schalten zwischen EIN und AUS jedes dieser FETs 23 durch die variable Steuerschaltung 1 durchgeführt, oder wird ein Umschalten der Impulsbreitenmodulation (PWM) oder dergleichen durch die variable Steuerschaltung 1 durchgeführt, um so die Anzahl von Wicklungen der Spule 21 dazu zu bringen, variabel zu sein, wodurch der Induktanzwert veranlasst wird, variabel zu sein. Die FETs 23 sind Elemente, wie etwa Si-MOSFETs, SiC-MOSFETs, GaN-FETs oder FETs für RF (Funkfrequenz) oder sind in eine Körperdiode des Aus-Typs konfiguriert, in welcher solche Elemente in Reihe verbunden sind.
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Weiter werden im Beispiel von 4 FETs 23 als der Elektronikteil verwendet, der das Kontaktumschalten einschließlich des kontinuierlichen Kontaktumschaltens elektrisch durchführt, und ist der variable Induktor L1 von einem Typ, automatisch zu veranlassen, dass die Anzahl von parallel verbundenen Spulen 21 variabel ist, unter Verwendung dieser FETs 23. In dieser Konfiguration ist ein FET 23 mit jeder der Spulen 21, die parallel verbunden sind, verbunden, und wird das Umschalten zwischen EIN und AUS jedes der FETs 23 durch die variable Steuerschaltung 1 durchgeführt, oder wird das Umschalten der Impulsbreitenmodulation (PWM) oder dergleichen durch die variable Steuerschaltung 1 durchgeführt, um so zu veranlassen, dass die Anzahl von Spulen 21, die parallel verbunden sind, variabel ist, wodurch veranlasst wird, dass der Induktanzwert variabel ist. Die FETs 23 sind Elemente wie etwa Si-MOSFETs, SiC-MOSFETs, GaN-FETs oder FETs für Rf, oder sind in eine Körperdiode des Aus-Typs konfiguriert, in welcher solche Elemente in Reihe verbunden sind.
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Als Nächstes wird ein Beispiel der Konfiguration jedes der variablen Kondensatoren C1 und C2 unter Bezugnahme auf 5 erläutert.
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Im Beispiel von 5 werden FETs 32 als der Elektronikteil verwendet, der das Kontaktumschalten einschließlich des kontinuierlichen Kontaktumschaltens elektrisch durchführt, und jeder der variablen Kondensatoren C1 und C2 ist von einem Typ des automatischen Veranlassens der Anzahl von parallel verbundenen Kondensatoren 31, variabel zu sein, indem diese FETs 32 verwendet werden. In dieser Konfiguration ist ein FET mit jedem der parallel verbundenen Kondensatoren 31 verbunden und das Umschalten zwischen EIN und AUS jedes der FETs 32 wird durch die variable Steuerschaltung 1 durchgeführt, oder das Umschalten von Pulsbreitenmodulation (PWM) oder dergleichen wird durch die variable Steuerschaltung 1 durchgeführt, um so die Anzahl von Kondensatoren 31, die parallel verbunden sind, zu veranlassen, variabel zu sein, wodurch der Kapazitätswert veranlasst wird, variabel zu sein. Die FETs 32 sind Elemente, wie etwa Si-MOSFETs, SiC-MOSFETs, GaN-FETs oder FETs für Rf, oder sind in eine Körperdiode des Aus-Typs konfiguriert, in welcher solche Elemente in Reihe verbunden sind.
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Wie oben erwähnt, weil die Automatik-Abgleichschaltung für Hochfrequenz-Stromversorgung gemäß dieser Ausführungsform 1 den variablen Induktor L1 enthält, der seinen Induktionswert veranlasst, variabel zu sein, indem ein Elektronikteil verwendet wird, welches Kontaktumschalten einschließlich kontinuierlichen Kontaktumschaltens elektrisch durchführt, die variablen Kondensatoren C1 und C2, die beide verursachen, dass ihr Kapazitätswert variabel ist, indem ein Elektronikteil verwendet wird, der Kontaktumschalten einschließlich kontinuierlichen Kontaktumschaltens elektrisch durchführt, und die variable Steuerschaltung 1, welche die Elektronikteile in den variablen Induktor L1 und den variablen Kondensatoren C1 und C2 steuert, die alle das Kontaktumschalten einschließlich des kontinuierlichen Kontaktumschaltens auf solche Weise durchführen, dass der Impedanzabgleich bei einer Hochfrequenz gleich oder höher als 2 MHz zwischen der Ausgangsimpedanz der Hochfrequenz-Stromversorgung 10 und der Eingangsimpedanz Resonanztyp-Sendeantenne 11 durchgeführt wird, kann die Automatik-Abgleichschaltung für Hochfrequenz-Stromversorgung den oben erwähnten Impedanzabgleich automatisch unter Verwendung der Elemente justieren, die alle keinen mechanischen Kontakt haben, und kann bei niedrigen Kosten und in kleiner Größe konfiguriert werden und kann zuverlässig Betrieb durchführen. Als Ergebnis kann die Automatik-Abgleichschaltung für Hochfrequenz-Stromversorgung einen effektiven Impedanzabgleich auch für ein sich bewegendes Objekt erzielen, bei welchem die Distanz zwischen einer Sendespule (Sendeantenne), die eine Vorrichtung auf einer Sendeseite in einem Funkleistungs-Sendesystem ist, und einer Empfangsspule (Empfangsantenne), die eine Vorrichtung auf einer Empfangsseite in dem Funkleistungs-Übertragungssystem ist, variiert wird.
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Weiter, weil die Automatik-Abgleichschaltung für Hochfrequenz-Stromversorgung die Schaltungskonfiguration aufweist, in welcher die Elemente, die alle keinen mechanischen Kontakt aufweisen, angeordnet sind, tritt keine mechanische Abnutzung in den Elementen auf und es können solche Beschränkungen wie sie konventioneller Weise der Dienstzeit auferlegt sind, eliminiert werden. Weiter, weil das Umschalten der Konstanten in einem energetisierten Zustand durchgeführt werden kann und keine elektrische Entladung oder dergleichen in den Elementen zu dieser Zeit auftritt, werden keine Komponentenausfälle induziert.
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Wie in 6 gezeigt, kann ein variabler Kondensator C3 der in 1 gezeigten Konfiguration hinzugefügt werden und eine variable Resonanzbedingungs-Automatik-Abgleichschaltung 2, welche den Induktionswert des variablen Induktors L1 und die Kapazitätswerte der variablen Kondensatoren C1, C2 und C3 veranlasst, variabel zu sein, indem die variable Steuerschaltung 1 verwendet wird, wodurch verursacht wird, dass die Resonanzbedingung der Resonanztyp-Sendeantenne 11 variabel ist, kann vorgesehen sein. Der variable Kondensator C3 weist dieselbe Konfiguration auf wie die variablen Kondensatoren C1 und C2. Weiter können einige Elemente zu der in 6 gezeigten Konfiguration hinzugefügt oder daraus eliminiert werden.
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Weiter, während die Erfindung in ihrer bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden ist, versteht es sich, dass verschiedene Änderungen an einer beliebigen Komponente gemäß der Ausführungsform gemacht werden können und eine beliebige Komponente gemäß der Ausführungsform innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung weggelassen werden kann.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Die Automatik-Abgleichschaltung für Hochfrequenz-Stromversorgung gemäß der vorliegenden Erfindung kann den Impedanzabgleich zwischen der Ausgangsimpedanz der Hochfrequenz-Stromversorgung und der Eingangsimpedanz der Sendeantenne zur Leistungsübertragung unter Verwendung von Elementen, die alle keinen mechanischen Kontakt aufweisen, justieren, und ist zur Verwendung als eine automatische Abgleichschaltung für Hochfrequenz-Stromversorgung oder dergleichen geeignet, welche den Impedanzabgleich justiert.
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ERLÄUTERUNGEN VON BEZUGSZEICHEN
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- 1 variable Steuerschaltung, 2 variable Resonanzbedingungs-Automatik-Abgleichschaltung, 10 Hochfrequenz-Stromversorgung, Resonanztyp-Sendeantenne, 21 Spule, 22 Motorsteuerschaltung, 23 FET, 31 Kondensator und 32 FET.
