DE112018001155T5

DE112018001155T5 - Magnetfelderzeugungsschaltung

Info

Publication number: DE112018001155T5
Application number: DE112018001155.0T
Authority: DE
Inventors: Takashi Kurokawa
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-04-06
Filing date: 2018-04-03
Publication date: 2019-11-28
Also published as: JP6690609B2; CN110506364A; CN110506364B; JP2018183028A; US11404787B2; US20200036096A1

Abstract

Eine Magnetfelderzeugungsschaltung enthält eine Transformatorantenne (At1), die einen Transformator (Tx1) enthält, der eine Primärspule (L1) und eine Sekundärspule (L2) und einen Resonanzkondensator (C1), der mit der Sekundärspule (L2) des Transformators parallel geschaltet ist, enthält, und die ein Magnetfeld erzeugt; und eine AC-Stromversorgungschaltung (AC1, DC1, 10, 12, 14, 16), die eine AC-Spannung liefert, die als Antriebsspannung für die Primärspule (L1) der Transformatorantenne (At1) dient. Die Sekundärspule (L2) und der Resonanzkondensator (C1) bilden eine Parallelresonanzschaltung, deren Resonanzfrequenz so eingestellt ist, dass sie gleich einer Frequenz der von der AC-Stromversorgungsschaltung (AC1) gelieferten AC-Spannung ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Magnetfelderzeugungsschaltung, die ein Magnetfeld zur Kommunikation erzeugt.
Stand der Technik
Als sogenannte schlüssellose Zugangssysteme bekannte Kommunikationssysteme zum Entriegeln und Verriegeln von Autotüren o. Ä. per Fernbedienung sind weit verbreitet. In den letzten Jahren wurden Nahfeldkommunikationssysteme, die passive Zugangssysteme oder Smart-Zutrittssysteme genannt werden, die Magnetfeldsignale im VLF-Band oder LF-Band verwenden, weit verbreitet eingesetzt, wobei eine automatische Entriegelung durchgeführt wird, wenn sich eine Fernbedienung an ein Fahrzeug annähert, und eine automatische Verriegelung durchgeführt wird, wenn sich die Fernbedienung vom Fahrzeug entfernt.
Als Beispielkonfiguration für ein schlüsselloses Zugangssystem gibt es eine Konfiguration, wie in Patentdokument 1 offenbart wird, bei der ein Fahrzeug ein Magnetfeldsignal im VLF-Band oder LF-Band überträgt, eine Fernbedienung das Magnetfeldsignal empfängt und ein Radiowellensignal im Hochfrequenz(HF-)Band überträgt und das Fahrzeug das HF-Signal empfängt und die Entriegelung oder Verriegelung durchführt.
Eine Schaltung zum Übertragen eines Magnetfeldsignals verwendet eine Spulenantenne, die einen Induktor (Spule) und einen Kondensator, die miteinander in Reihe geschaltet sind, enthält und eine Konstante aufweist, die die Reihenresonanzfrequenz an eine Signalfrequenz eines Kommunikationssystems angleicht. 40 stellt ein Beispiel einer solchen Schaltung zur Übertragung eines Magnetfeldsignals dar. In der in 40 dargestellten Schaltung ermöglicht selbst eine niedrige Spannung, dass ein großer Spulenstrom fließt und eine große Magnetfeldleistung erhalten wird, wenn eine Wechselstrom(AC-)Stromversorgung AC0 an eine Spulenantenne angeschlossen wird, wobei sich ein Widerstand R1 dazwischen befindet und eine AC-Spannung V1, die gleich einer Resonanzfrequenz ist, angelegt wird. Eine Kombination einer derartigen Spulenantenne und eines Antriebssystems ist besonders für ein Nahfeldkommunikationssystem unter Verwendung eines Magnetfelds geeignet und wird bei nahezu allen passiven, schlüssellosen Zutrittssystemen eingesetzt.
Eine Reihenresonanzschaltung weist Eigenschaften auf, dass ein Resonanzstrom eine Frequenzeigenschaft mit einer Resonanzfrequenz als Spitze aufweist und dass Zeit erforderlich sein kann, bis ein Stromwert einen Maximalwert erreicht.
Eine Reihenresonanzschaltung weist eine Frequenzeigenschaft auf, dass ein Strom eine maximale Spitze bei einer Resonanzfrequenz erreicht (im Allgemeinen wird die Eigenschaft des Frequenzanstiegs durch einen Q-Wert dargestellt). Eine Variierung der Komponenten o. Ä. erschwert es, einen perfekten Abgleich zwischen der Resonanzfrequenz und der Antriebsfrequenz eines Produkts zu erreichen und eine kleine Variation der Eigenschaften des Produkts führt zu einer großen Differenz des Resonanzstroms und Problematik bei der Verwendung. Somit wird der Widerstand R1 (nachfolgend als „Dämpfungswiderstand“ bezeichnet) mit der LC-Schaltung in Reihe geschaltet (siege 40). Dementsprechend wird der vorstehend aufgeführte Q-Wert verringert, um eine Frequenz-Strom-Eigenschaft für bessere Nutzbarkeit abzuflachen.
Wenn der Widerstandswert des Dämpfungswiderstands R1 in der Reihenresonanzschaltung durch R1 dargestellt wird und die Induktion einer Spule L1' durch L1' dargestellt wird, ist die Zeit, bis sich ein Resonanzstrom auf einen Maximalwert erhöht, (nachfolgend als „Anstiegszeit“ bezeichnet) im Wesentlichen proportional zu L1'/R1. Bei einem passiven, schlüssellosen Zutrittssystem spielt die Anstiegszeit eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Kommunikationsgeschwindigkeit. Durch den Anschluss des vorstehend aufgeführten Dämpfungswiderstands kann die Anstiegszeit verkürzt werden. Der Wert des Dämpfungswiderstands wird umfassend aus der Frequenzeigenschaft und der Anstiegszeit eines für das System erforderlichen Resonanzstroms und den charakteristischen Werten von L und C bestimmt.
41 stellt die Frequenzeigenschaft eines Eingangsstroms dar und 42 stellt die Stromtransienteneigenschaft des Eingangsstroms in einzelnen Fällen dar, in denen R1 1 Ω und 10 Ω beträgt, wenn in der in 40 dargestellten Schaltung C1 = 10 nF und L1 = 162 µH. Aus 41 ergibt sich, dass die Frequenzeigenschaft des Eingangsstroms viele Spitzen aufweist, wenn der Dämpfungswiderstand R1 1 Ω beträgt. In der Praxis ist es sehr schwierig, eine Änderung des Stromwerts anzupassen, die durch eine Variierung der Eigenschaften der LC-Schaltung durch die Verwendung einer Antriebsschaltung verursacht wurde, und der Stromwert wird unter Verwendung des Dämpfungswiderstands durch Begrenzungen stabilisiert.
Aus 42 wird deutlich, dass 1 s oder mehr für den Anstieg des Eingangsstroms (Resonanzstrom) benötigt wird, wenn der Dämpfungswiderstand R1 1 Ω beträgt, jedoch ist die Anstiegszeit kürzer, also 10 µs, wenn der Dämpfungswiderstand R1 10 Ω beträgt.
Aus dem Vorstehenden kann bestätigt werden, dass ein Dämpfungswiderstand eine essenzielle Komponente in einem Spulenantennenantriebssystem, das in einem Magnetfeldkommunikationssystem im VLF-Band oder LF-Band verwendet wird, ist.
Liste der Anführungen
Patentdokument

Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Nr. 5-156851
Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Nr. 2001-257526

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei passiven, schlüssellosen Zugangssystemen gemäß dem Stand der Technik beträgt der Kommunikationsabstand zwischen einem Fahrzeug und einer Schlüsselfernbedienung etwa 1 m, jedoch besteht seit Jahren eine Nachfrage nach einem größeren Kommunikationsabstand, beispielsweise 10 m. Es gibt beispielsweise eine Begrüßungslichtfunktion, die den Standort eines Fahrzeugs anzeigt, indem eine Leuchte blinkt, wenn sich der Halter der Fernbedienung dem Fahrzeug nähert, eine Entfernungsverriegelung, um das Fahrzeug automatisch zu verriegeln, wenn sich der Halter der Fernbedienung etwa 10 m davon wegbewegt, und eine autonome Fahr-/Parkfunktion, die nur aktiv ist, wenn bestimmt wurde, dass sich der Besitzer innerhalb einer kurzen Entfernung von etwa 10 m zum Fahrzeug befindet.
Um diese Funktionen umzusetzen, muss das Magnetfeldsignal fahrzeugseitig erheblich erhöht werden. Um eine Magnetfeldleistung (d. h. eine räumliche magnetische Flussdichte) in einem Antennensystem mit einer Reihenresonanzschaltung zu erhöhen, kann typischerweise eines der folgenden Verfahren verwendet werden.

1) Erhöhen eines Spulenstromwerts (eine räumliche Magnetfeldintensität ist im Wesentlichen proportional zu einem Stromwert).
2) Erhöhen einer Spuleninduktivität (eine räumliche Magnetfeldintensität ist im Wesentlichen proportional zur Quadratwurzel eines Induktivitätsverhältnisses).
3) Erhöhen der Länge des Spulenkerns (eine räumliche Magnetfeldintensität ist im Wesentlichen proportional zur Länge eines Spulenkerns).

Um den Spulenstrom zu erhöhen, muss der Wert des vorstehend beschriebenen Dämpfungswiderstands verringert oder eine Eingangsspannung erhöht werden. Es ist aufgrund der Resonanzeigenschaft eines Stromwerts und dem Zweck der Verkürzung der Anstiegszeit jedoch nicht möglich, den Wert des Dämpfungswiderstands zu verringern. Außerdem wird ein Eingangsspannungswert von der Systemspannung eines Fahrzeugs bestimmt und kann normalerweise nicht so leicht erhöht werden. Selbst wenn die Spannung erhöht werden kann, erhöht sich der Verlust am Dämpfungswiderstand mit dem Quadrat des Stromwerts und die Stromkapazität des Dämpfungswiderstands muss erhöht werden.
Wenn die Selbstinduktion einer Spule erhöht wird, wird die Anstiegszeit erhöht und somit muss der Dämpfungswiderstandswert erhöht werden, um die Anstiegszeit in etwa gleich zu halten. In diesem Fall verringert sich der Stromwert jedoch und somit ist es nicht möglich, die Magnetfeldintensität zu erhöhen.
Von den vorstehend beschriebenen Punkten wurde normalerweise Verfahren 3), die Länge des Kerns einer Spule zu erhöhen, um die magnetische Flussdichte zu erhöhen, verwendet. Bei der Kommunikation innerhalb von etwa 1 m reicht ein Kern mit einer Länge von 40 bis 80 mm aus, um ein für das System erforderliches Magnetfeld zu erzeugen. Bei einem mittleren Abstand von 10 m ist jedoch ein Kern mit einer Länge von mehr als 200 mm erforderlich. Dadurch entstehen verschiedene Probleme, zum Beispiel Kostenanstieg, Produktivitätssenkung, ein größerer Raumbedarf zum Einbau der Komponenten und eine Abnahme der Produktzuverlässigkeit.
Bei Gleichstrom(DC-)Resonanz wird die Intensität eines Resonanzstroms durch den Resonanzgrad, also den Zusammenhang zwischen der Resonanzfrequenz und dem Q-Wert einer Schaltung, und eine Antriebsfrequenz bestimmt. Um das im Raum erzeugte Magnetfeld zu steuern, muss eine sogenannte Stromregelungsschaltung gebildet werden, die einen durch eine Spule fließenden Strom erfasst und eine Ausgangsspannung der Schaltung anpasst. Dies kann die Schaltungskonfiguration verkomplizieren und die Kosten erhöhen. Ein Antennensystem mit Reihenresonanz beinhaltet die vorstehenden Probleme.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Magnetfelderzeugungsschaltung vor, die ein Magnetfeld erzeugt und für eine Kommunikationsvorrichtung, die zum Beispiel in einem schlüssellosen Zugangssystem verwendet wird, geeignet ist.
Lösung des Problems
Eine Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Transformatorantenne, die ein Magnetfeld erzeugt, und eine AC-Stromversorgungsschaltung, die eine AC-Spannung liefert, die als Antriebsspannung für eine Primärspule der Transformatorantenne dient. Die Transformatorantenne enthält einen Transformator, der die Primärspule und eine Sekundärspule und einen mit der Sekundärspule des Transformators parallel geschalteten Resonanzkondensator enthält und. Die Sekundärspule und der Resonanzkondensator bilden eine Parallelresonanzschaltung, deren Resonanzfrequenz so eingestellt ist, dass sie gleich einer Frequenz der von der AC-Stromversorgungsschaltung gelieferten AC-Spannung ist.
Eine Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält einen Aufwärtstransformator, der eine Primärspule und eine Sekundärspule enthält, eine Parallelresonanzspulenantenne, die ein Magnetfeld erzeugt, und eine AC-Stromversorgungsschaltung, die eine AC-Spannung liefert, die als Antriebsspannung für den Aufwärtstransformator dient. Die Parallelresonanzspulenantenne enthält eine dritte Spule und einen mit der dritten Spule parallel geschalteten Resonanzkondensator. Die Sekundärspule und die Parallelresonanzspulenantenne bilden eine Resonanzschaltung, deren Resonanzfrequenz so eingestellt ist, dass sie gleich einer Frequenz der von der AC-Stromversorgungsschaltung gelieferten AC-Spannung ist.
Eine Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine erste Spule, eine Parallelresonanzspulenantenne, die ein Magnetfeld erzeugt, und eine AC-Stromversorgungsschaltung, die eine Rechteckwellen-AC-Spannung liefert, die als Antriebsspannung für die Parallelresonanzspulenantenne dient. Die Parallelresonanzspulenantenne enthält eine zweite Spule und einen mit der zweiten Spule parallel geschalteten Resonanzkondensator. Die Parallelresonanzspulenantenne weist eine Resonanzfrequenz auf, die so eingestellt ist, dass sie gleich einer Frequenz der von der AC-Stromversorgungsschaltung gelieferten AC-Spannung ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Schaltung, die ein Magnetfeld erzeugt, durch Verwendung einer Parallelresonanzschaltung gebildet werden und dementsprechend können die bei einer Reihenresonanzschaltung auftretenden Probleme gelöst werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung, die eine Beispielkonfiguration einer Magnetfelderzeugungsschaltung (eine Transformatorantenne und eine Sinuswellen-AC-Stromversorgung) gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine schematische Darstellung, die die Konfiguration der Transformatorantenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 ist eine schematische Darstellung, die den Vergleich der tatsächlichen Messwerte verschiedener Gegenstände zwischen einer Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß dem Stand der Technik und der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
4 ist eine schematische Darstellung, die eine Beispielkonfiguration einer Magnetfelderzeugungsschaltung (einen Aufwärtstransformator, eine Parallelresonanzspulenantenne und eine Sinuswellen-AC-Stromversorgung) gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 ist eine schematische Darstellung, die eine Beispielkonfiguration einer Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
6 enthält Zeitdiagramme von Schaltelementen in einer Antriebsschaltung der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der dritten Ausführungsform.
7 ist eine schematische Darstellung, die ein Simulationsergebnis für die Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.
8 ist eine schematische Darstellung, die ein Simulationsergebnis (Wellenformen verschiedener Ströme) für die Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.
9 ist eine schematische Darstellung, die ein Simulationsergebnis (Drainströme von Schaltelementen) für die Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.
10 ist eine schematische Darstellung, die ein tatsächliches Messergebnis für die Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der dritten Ausführungsform und für die Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß dem Stand der Technik darstellt.
11 ist eine schematische Darstellung, die ein tatsächliches Messergebnis für die Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.
12 ist eine schematische Darstellung, die eine weitere Beispielkonfiguration der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
13 ist eine schematische Darstellung, die eine weitere Beispielkonfiguration der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
14 ist eine schematische Darstellung, die eine weitere Beispielkonfiguration der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
15 ist eine schematische Darstellung, die eine Beispielkonfiguration einer Magnetfelderzeugungsschaltung (einschließlich einer Transformatorantenne und einer Vollbrückenschaltung) gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
16 ist eine schematische Darstellung, die ein Simulationsergebnis (Wellenformen verschiedener Ströme) für die Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
17 ist eine schematische Darstellung, die ein Simulationsergebnis für die Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
18 ist eine schematische Darstellung, die eine Beispielkonfiguration einer Magnetfelderzeugungsschaltung (einschließlich einer Transformatorantenne und einer Doppelvorwärtsschaltung) gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
19 ist eine schematische Darstellung, die eine Beispielkonfiguration einer Magnetfelderzeugungsschaltung (einschließlich einer Transformatorantenne und einer Gegentaktschaltung) gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
20 ist eine schematische Darstellung, die eine Beispielkonfiguration einer Magnetfelderzeugungsschaltung (einschließlich einer Parallelresonanzspulenantenne und einer Halbbrückenschaltung) gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
21 ist eine schematische Darstellung, die eine Beispielkonfiguration einer Magnetfelderzeugungsschaltung (einschließlich einer Parallelresonanzspulenantenne und einer Vollbrückenschaltung) gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
22 ist eine schematische Darstellung, die eine Beispielkonfiguration einer Magnetfelderzeugungsschaltung (eine weitere Konfiguration der Parallelresonanzspulenantenne) gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
23 ist eine schematische Darstellung, die eine Beispielkonfiguration einer Magnetfelderzeugungsschaltung (einschließlich einer Spannungsanpassungsschaltung) gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
24 ist eine schematische Darstellung, die eine weitere Beispielkonfiguration der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
25 enthält schematische Darstellungen, die Beispielkonfigurationen einer Magnetfelderzeugungsschaltung (einschließlich eines Stromüberwachungswiderstands) gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
26 ist eine schematische Darstellung, die eine Gate-Signalwellenform von Schaltelementen einer Antriebsschaltung in einer Simulation in einer Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
27 stellt ein Simulationsergebnis eines Resonanzstroms einer Sekundärspule einer Transformatorantenne in der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der zwölften Ausführungsform dar.
28 ist eine schematische Darstellung, die eine Beispielkonfiguration einer Magnetfelderzeugungsschaltung (einschließlich eines Kurzschlussschalters) gemäß einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
29 ist eine schematische Darstellung, die eine weitere Beispielkonfiguration der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
30 ist eine schematische Darstellung, die eine weitere Beispielkonfiguration der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
31 ist eine schematische Darstellung, die eine weitere Beispielkonfiguration der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
32 ist eine schematische Darstellung, die eine Beispielkonfiguration einer Magnetfelderzeugungsschaltung (einschließlich einer mit einem Ableitkondensator parallel geschalteten Diode) gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
33 ist eine schematische Darstellung, die ein Simulationsergebnis für einen Resonanzstrom in der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der vierzehnten Ausführungsform darstellt.
34 ist eine schematische Darstellung, die eine Beispielkonfiguration einer Magnetfelderzeugungsschaltung (einschließlich eines Entladewiderstands) gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform darstellt.
35 ist eine schematische Darstellung, die ein Simulationsergebnis für einen Resonanzstrom in der in 34 dargestellten Magnetfelderzeugungsschaltung darstellt.
36 ist eine schematische Darstellung, die eine weitere Beispielkonfiguration der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der fünfzehnten Ausführungsform darstellt.
37 ist eine schematische Darstellung, die ein Simulationsergebnis für einen Resonanzstrom in der in 36 dargestellten Magnetfelderzeugungsschaltung darstellt.
38 ist eine schematische Darstellung, die eine weitere Beispielkonfiguration der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der fünfzehnten Ausführungsform darstellt.
39 ist eine schematische Darstellung, die eine weitere Beispielkonfiguration der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der fünfzehnten Ausführungsform darstellt.
40 ist eine schematische Darstellung, die die Konfiguration einer Reihenresonanz verwendenden Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß dem Stand der Technik darstellt.
41 ist eine schematische Darstellung, die Frequenzeigenschaften des Eingangsstroms in der in 40 dargestellten Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß dem Stand der Technik darstellt.
42 ist eine schematische Darstellung, die Stromtransienteneigenschaften des Eingangsstroms in der in 40 dargestellten Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß dem Stand der Technik darstellt.
43 ist eine schematische Darstellung, die die Konfiguration einer einfachen Parallelresonanzschaltung darstellt.
44 ist eine schematische Darstellung, die Wellenformen verschiedener Ströme darstellt, die erhalten werden, wenn eine Sinuswellenspannung in der in 43 dargestellten Parallelresonanzschaltung angelegt wird.
45 ist eine schematische Darstellung, die Wellenformen verschiedener Ströme darstellt, die erhalten werden, wenn eine Rechteckwellenspannung in der in 43 dargestellten Parallelresonanzschaltung angelegt wird.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Magnetfelderzeugungsschaltung unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
(Probleme bei der Verwendung von Parallelresonanz)
Bisher wurden Spulenantennen, die eine Spule und einen Kondensator, die miteinander in Reihe geschaltet sind, enthalten und Reihenresonanz verwenden, typischerweise als Antennen zum Erzeugen eines räumlichen Magnetfelds verwendet Bei einer Reihenresonanz verwendenden Spulenantenne treten jedoch beim Erhalten einer hohen Leistung Probleme wie Schaltungskomplexität und dass der Bedarf einer höheren Ausgangsleistung zu höheren Kosten führt, wie vorstehend beschrieben, auf.
Demzufolge kann Parallelresonanz anstatt Reihenresonanz verwendet werden. Jedoch fanden Magnetfeldvorrichtungen, die Parallelresonanz verwenden, bisher kaum praktische Verwendung. Die Gründe dafür werden nachfolgend beschrieben.
43 stellt eine einfache Parallelresonanzschaltung dar. Bei der Parallelresonanzschaltung wird eine Spule L1', die durch Wickeln einer Spule um einen offenen Magnetschaltungskern ausgebildet wird, mit einem Kondensator C1' parallel an eine Wechselstrom(AC-)Stromversorgung AC geschaltet. Bei der Parallelresonanz fließt ein Resonanzstrom I, der I = V/(2πfL) erfüllt, wobei V eine Eingangsspannung darstellt und fL eine Resonanzfrequenz darstellt. Wenn es zum Beispiel eine Anforderung für Spezifikationen gibt, bei denen der Resonanzstrom I in einem Fall, bei dem die Induktion der Spule L1' 165 µH und eine Antriebsfrequenz f 125 kH ist, 1 Ampere beträgt, ist es notwendig, eine Sinuswellenspannung von 130 V (Spitze-Spitze-Wert) als Antriebsspannung anzulegen, um die Anforderung zu erfüllen. Es ist jedoch sehr schwierig, ein derartiges Hochspannungsantriebssystem in einem fahrzeugseitigen System umzusetzen.
Es muss eine Sinuswellenspannung angelegt werden, um Parallelresonanz zu erzeugen. Unter Verwendung einer Brückenschaltung o. Ä., die normalerweise verwendet wird, ist es nicht möglich, LC-Parallelresonanz zu erzeugen, indem eine Rechteckwellenspannung angelegt wird, die eine Komponente höherer Ordnung aufweist. Außerdem treten bei der Erzeugung einer Sinuswellenspannung im LF-Band Schwierigkeiten und erhöhte Kosten auf. 44 und 45 stellen beispielsweise Simulationswellenformen in Fällen dar, in denen eine Sinuswellenspannung und eine Rechteckwellenspannung an der Parallelresonanzschaltung, einschließlich der Spule L1' mit einer Induktion von 165 µH und dem Kondensator C1' mit einer Kapazität von 10 µF, angelegt werden. 44 stellt die Wellenform eines durch einen Eingangsstrom (30(B)) fließenden Spulenstroms und die Wellenform eines durch die Spule L1' (30(A)) fließenden Spulenstroms in einem Fall, in dem eine Sinuswellenspannung von 125 kHz und 130 V (Spitze-Spitze-Wert) an der Parallelresonanzschaltung angelegt wird, dar. 45 stellt die Wellenformen eines Eingangsstroms und eines Spulenstroms in einem Fall, in dem eine Rechteckwellenspannung von 125 kHz und 130 V (Spitze-Spitze-Wert) an der Parallelresonanzschaltung angelegt wird, dar. Aus 44 wird deutlich, dass durch Resonanz ein Spulenstrom erzeugt wird, wenn eine Sinuswellenspannung angelegt wird. Andererseits ergibt sich aus Teil (A) und (B) aus 45, dass ein Spitzenstrom von 60 A in einem Eingangsstrom erzeugt wird, wenn eine Rechteckwellenspannung angelegt wird, wobei der Eingangsstrom und der Spulenstrom jedoch bis auf den Spitzenstrom im Wesentlichen dieselben Werte aufweisen und Parallelresonanz bei der Rechteckwellenspannung nicht auftritt.
Die vorstehend beschriebenen Punkte können die Hauptursachen dafür sein, dass eine Parallelresonanzschaltung nicht an einer Magnetfelderzeugungsschaltung angelegt wurde.
Bei den folgenden Ausführungsformen wird eine Beschreibung der Konfigurationen von Magnetfelderzeugungsschaltungen (Magnetfeldkommunikationsschaltungen) gegeben, die durch die Verwendung von Parallelresonanz ein Magnetfeld erzeugen können, was im Allgemeinen bisher schwierig war. Eine derartige Magnetfelderzeugungsschaltung ist beispielsweise bei einer Kommunikationsvorrichtung nützlich, die ein Magnetfeldsignal im VLF-Band oder LF-Band erzeugt und auf ein schlüsselloses Zugangssystem eines Autos angewandt wird.
(Erste Ausführungsform)
1 ist eine schematische Darstellung, die die Konfiguration einer Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Die Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der ersten Ausführungsform enthält eine AC-Stromversorgungsschaltung AC1, die eine Sinuswellen-AC-Spannung erzeugt, einen Transformator Tx1, der eine Primärspule L1 und eine Sekundärspule L2 enthält, und einen Resonanzkondensator C1, der zusammen mit der Sekundärspule L2 des Transformators Tx1 eine Resonanzschaltung bildet.
Wie in 2 dargestellt ist, wird der Transformator Tx1 durch Wickeln der Primärspule L1 und der Sekundärspule L2 um den Umfang eines offenen Magnetschaltungskerns Co (stabförmiger Kern) ausgebildet. Der Resonanzkondensator C1 ist mit der Sekundärspule L2 des Transformators Tx1 parallel geschaltet. Die Sekundärspule L2 des Transformators Tx1 und der Resonanzkondensator C1 bilden eine Parallelresonanzschaltung. Die Resonanzfrequenz der Parallelresonanzschaltung ist so eingestellt, dass sie gleich einer durch die AC-Stromversorgungsschaltung AC1 bestimmten Antriebsfrequenz ist. Die Induktivität (L2) der Sekundärspule L2 und die Kapazität (C1) des Kondensators C1 sind somit auf Werte eingestellt, die dafür sorgen, dass die Resonanzfrequenz gleich der Antriebsfrequenz ist. Des Weiteren ist das Wicklungsverhältnis zwischen der Primärspule L1 und der Sekundärspule L2 so eingestellt, dass eine gewünschte Ausgangsspannung von der Sekundärspule L2 von einem Spannungseingang zur Primärspule L1 erhalten werden kann. Der Transformator Tx1 und der Resonanzkondensator C1 wirken als magnetfelderzeugende Antenne, die eine Transformatorstruktur aufweist. Nachfolgend wird die aus dem Transformator Tx1 und dem Resonanzkondensator C1 gebildete Antenne als „Transformatorantenne“ At1 bezeichnet. Die Resonanzfrequenz der aus der Sekundärspule L2 und dem Resonanzkondensator C1 gebildeten Parallelresonanzschaltung und die Antriebsfrequenz, die die Frequenz einer von der AC-Stromversorgungsschaltung AC1 zugeführten AC-Spannung ist, müssen nicht notwendigerweise auf Werte eingestellt werden, die genau gleich sind, und können beispielsweise auf Werte eingestellt werden, die in einem Bereich von ±10 % einander gleichen.
Die AC-Stromversorgungsschaltung AC1, die eine Sinuswellenspannung liefert, ist an der Primärspule L1 der Transformatorantenne At1 angeschlossen. Die AC-Stromversorgungsschaltung AC1 legt eine Sinuswellenspannung, die eine festgelegte Antriebsfrequenz aufweist, an der Primärspule L1 der Transformatorantenne At1 an. Demzufolge bewirkt die Transformatorantenne At1, dass an der Sekundärspule L2 eine Sinuswellenspannung erzeugt wird, und bewirkt, dass ein AC-Magnetfeld erzeugt wird. Auf diese Weise wirkt die AC-Stromversorgungsschaltung AC1 als Antriebsschaltung für die Transformatorantenne At1.
Der Induktionswert der Sekundärspule L2 der Transformatorantenne At1 und der eingestellte Wert des Resonanzstroms I werden auf Grundlage einer erforderlichen räumlichen magnetische Flussdichte berechnet. Genau gesagt, wird ein notwendiger Spannungswert V auf Grundlage des durch den Resonanzstrom I = V/(2 πfL) ausgedrückten Verhältnisses berechnet und ein Wicklungsverhältnis und/oder der Induktionswert der Primärspule L1 werden aus einer Eingangsspannung, dem Grad der Primär-zu-Sekundär-Kupplung und der Induktion der Sekundärspule L2 berechnet. Wenn eine hohe räumliche magnetische Flussdichte erforderlich ist, ist eine hohe Induktion der Sekundärspule L2 und ein großer Resonanzstrom I erforderlich. Die Anzahl der Wicklungen der Primärspule L1 muss demzufolge minimal sein (eine bis einige wenige) und die Position der Primärspule L1 und der Sekundärspule L2 ist sehr wichtig.
Bei der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß dieser Ausführungsform, die die vorstehend beschriebene Konfiguration aufweist, ermöglicht die Verwendung von Parallelresonanz, dass die Anstiegszeit eines Spulenstroms verkürzt wird und eine durch eine Frequenz verursachte Variation des Resonanzstromwerts reduziert wird. Außerdem ist ein Dämpfungswiderstand, der bei einer Reihenresonanzschaltung notwendig ist, nicht notwendig. Somit tritt der aus einem Dämpfungswiderstand resultierende Verlust nicht auf und die Effizienz der Schaltung wird verbessert. Des Weiteren gibt es keine Einschränkungen wie einen Dämpfungswiderstand und eine Stromanstiegszeit und somit wird die Obergrenze eines Spulenstroms nur durch die Leistung oder den Verlust begrenzt.
Das Einstellen des Wicklungsverhältnisses und Induktionswerts des Transformators Tx1 auf geeignete Werte ermöglicht die Optimierung der Ausgangsspannung und des Resonanzstroms der Sekundärspule L2. Beispielsweise kann der Betrieb bei der am besten geeigneten Spulen-Kondensator-Spannung unter Berücksichtigung des Spannungswiderstands des Resonanzkondensators und der Spulen durchgeführt werden.
Außerdem kann die Magnetfeldleistung erhöht werden, indem ein Spulenstrom erhöht wird, ohne die Länge des offenen Magnetschaltungskerns Co zu erhöhen. Des Weiteren kann die Länge des offenen Magnetschaltungskerns Co reduziert werden, d. h. eine Größenreduzierung kann erreicht werden, während eine Ausgangsleistung sichergestellt werden kann, die dem Stand der Technik entspricht.
Außerdem verändert sich der Resonanzstrom der ein Magnetfeld erzeugenden Sekundärspule, auch wenn ein Unterschied zwischen der Parallelresonanzfrequenz und der Antriebsfrequenz auftritt, kaum.
3 stellt den Vergleich der tatsächlich gemessenen Werte verschiedener Gegenstände zwischen der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß dem Stand der Technik (34) und der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß dieser Ausführungsform (1) dar. Bei der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß dem Stand der Technik in der in 34 dargestellten Schaltungskonfiguration gilt R1 = 10 Ω, C1 = 10 nF, L1 = 166 µH und der Kern weist in einer Spulenantenne eine Länge von 90 mm auf. Bei der ersten Ausführungsform in der in 1 dargestellten Schaltungskonfiguration, wobei C1 = 10 nF, L2 = 166 µH, beträgt das Wicklungsverhältnis N2/N1 der Sekundärspule/Primärspule 35 und der offene Magnetschaltungskern Co weist eine Länge von 90 mm auf. Die Messdaten deuten Werte mit Resonanzfrequenzen der jeweiligen Antennen an.
Bezugnehmend auf 3 beträgt der Eingangsstrom in dieser Ausführungsform 21 % dessen des Stands der Technik und die räumliche magnetische Flussdichte beträgt 172 % der des Stands der Technik. Es handelt sich somit um eine bedeutende Verbesserung sowohl bei der Effizienz als auch bei der Ausgangsleistung. Bei der Parallelresonanz, die grundlegende Eigenschaften aufweist, dass ein Spulenresonanzstrom konstant ist, und dass sich nur ein Eingangsstrom entsprechend des Grads der LC-Parallelresonanz verringert, kann die räumliche magnetische Flussdichte unabhängig vom Resonanzgrad leicht konstant gehalten werden, wobei jedoch eine Variation des Eingangsstroms auftritt.
Wie vorstehend beschrieben, verwendet die Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß dieser Ausführungsform Parallelresonanz. Vorteile der Verwendung von Parallelresonanz umfassen eine konstante Ausgangsleistung, höhere Geschwindigkeit und eine höhere Effizienz und höhere Leistung, da kein Dämpfungswiderstand verwendet wird. Bei der Parallelresonanz, die grundlegende Eigenschaften aufweist, dass ein Spulenresonanzstrom konstant ist und dass sich nur ein Eingangsstrom entsprechend des Grads der Parallelresonanz verringert, kann die räumliche magnetische Flussdichte unabhängig vom Resonanzgrad leicht konstant gehalten werden und ein Dämpfungswiderstand ist, anders als bei einer Reihenresonanzschaltung, nicht notwendig.
Des Weiteren weist Parallelresonanz grundlegende Eigenschaften auf, dass die steigende Geschwindigkeit eines Resonanzstroms essentiell sehr hoch ist und dadurch die Anstiegszeit eines Spulenresonanzstroms (= räumliche magnetische Flussdichte) verkürzt werden kann, ohne einen Dämpfungswiderstand zu verwenden. Die Anstiegszeit verändert sich nur unwesentlich, auch wenn der Induktionswert der Spule ansteigt. Die fehlende Notwendigkeit eines Dämpfungswiderstands eliminiert den aus einem Dämpfungswiderstand resultierenden Verlust, der im Stand der Technik für die meisten Verluste verantwortlich ist, und somit wird die Schaltungseffizienz erheblich verbessert.
Außerdem kann ein Resonanzstrom erhöht werden, da es keine Strombegrenzung durch einen Dämpfungswiderstand gibt. Ein Anstieg der Induktion hat keinen wesentlichen Einfluss auf die Anstiegszeit. Ein Anstieg des Induktionswerts oder ein Anstieg des Schaltungsresonanzstroms, der im Stand der Technik nicht möglich ist, ermöglicht daher einen Anstieg der Stärke einer Magnetfeldleistung.
Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht bei der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß dieser Ausführungsform die Verwendung von Parallelresonanz, dass die Anstiegszeit eines Spulenstroms verkürzt wird und eine durch Frequenzen verursachte Variation des Resonanzstromwerts reduziert wird. Daher ist ein Dämpfungswiderstand nicht notwendig, der aus einem Dämpfungswiderstand resultierende Verlust kann verringert werden und die Schaltungseffizienz wird verbessert. Des Weiteren ermöglicht das Einstellen des Wicklungsverhältnisses und Induktionswerts des Transformators auf geeignete Werte, dass die Ausgangsspannung und der Resonanzstrom der Sekundärspule bevorzugte Werte aufweisen. Beispielsweise kann der Betrieb bei der bevorzugten Spulen-Kondensator-Spannung unter Berücksichtigung des Spannungswiderstands des Resonanzkondensators und der Spulen durchgeführt werden. Des Weiteren kann eine Magnetfeldleistung erhöht werden, indem ein Spulenstrom erhöht wird, ohne die Länge des offenen Magnetschaltungskerns Co zu erhöhen. Außerdem kann eine Größenverringerung erreicht werden, während eine Ausgangsleistung erhalten wird, die äquivalent zu der des Stands der Technik ist.
(Zweite Ausführungsform)
Eine weitere Konfiguration der erfindungsgemäßen Magnetfelderzeugungsschaltung wird nun beschrieben. 4 ist eine schematische Darstellung, die die Konfiguration einer Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß dieser Ausführungsform besteht aus der AC-Stromversorgungsschaltung AC1, die eine Sinuswellenspannung liefert, aus einem Aufwärtstransformator Tx2 und einer Parallelresonanzspulenantenne At2. Die Parallelresonanzspulenantenne At2 enthält eine Spule L3 und den mit der Spule L3 parallel geschalteten Resonanzkondensator C1. Die Spule L3 weist eine Funktion auf, die äquivalent zur Funktion einer Streuinduktivitätskomponente im Transformator Tx1 der Transformatorantenne At1 ist. Bei dem Aufwärtstransformator Tx2 ist die Sekundärspule L2 mit der Parallelresonanzspulenantenne At2 parallel geschaltet und die Primärspule L1 ist an der AC-Stromversorgungsschaltung AC1, die eine Antriebsschaltung ist, angeschlossen. Die Parallelresonanzfrequenz einer aus der zweiten Spule L2 des Aufwärtstransformators Tx2 und der Parallelresonanzspulenantenne At2 ausgebildeten Schaltung ist so eingestellt, dass sie gleich einer Antriebsfrequenz ist, die der Frequenz einer von der AC-Stromversorgungsschaltung AC1 gelieferten AC-Spannung entspricht. Die Parallelresonanzfrequenz der aus der Sekundärspule L2 des Aufwärtstransformators Tx2 und der Parallelresonanzspulenantenne At2 gebildeten Schaltung und die Antriebsfrequenz der von der AC-Stromversorgungsschaltung AC1 zugeführten AC-Spannung müssen nicht notwendigerweise auf Werte eingestellt werden, die genau gleich sind, und können beispielsweise auf Werte eingestellt werden, die in einem Bereich von ±10 % einander gleichen.
Eine von der AC-Stromversorgungsschaltung AC1 gelieferte AC-Spannung V1 wird an der Primärspule L1 des Aufwärtstransformators Tx2 angelegt. Der Aufwärtstransformator Tx2 wandelt die Eingangsspannung entsprechend dem Wicklungsverhältnis zwischen der Primärspule L1 und der Sekundärspule L2 um, liefert die Spannung an die Parallelresonanzspulenantenne At2 und bewirkt dementsprechend, dass ein AC-Magnetfeld von der Parallelresonanzspulenantenne At2 erzeugt wird.
Die Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß dieser Ausführungsform mit der vorstehend aufgeführten Konfiguration weist zusätzlich zu den Wirkungen, die denen der ersten Ausführungsform ähneln, die folgenden Wirkungen auf. Da die Spannungserhöhung durch den zugeordneten Transformator Tx2 durchgeführt wird, kann eine bestehende Spulenantenne verwendet werden. Außerdem kann eine Spuleneingangsspannung mit einem Wicklungsverhältnis (Aufwärtsverhältnis) angepasst werden, indem ein geschlossener Magnetschaltungstransformator mit einer guten Kopplung verwendet wird, und dadurch kann ein Spulenstrom einfach angepasst werden. Bei der ersten Ausführungsform wird die an die LC-Parallelresonanzschaltung angelegte Spannung durch Verwendung der Transformatorfunktion der Transformatorantenne erhöht. Im Gegensatz dazu wird bei dieser Ausführungsform die Spannung erhöht, indem ein zugeordneter Aufwärtstransformator verwendet wird, wodurch eine ähnliche Funktion umgesetzt wird. Die weiteren Betriebsmöglichkeiten und Funktionen sind ähnlich derer der ersten Ausführungsform und daher wird auf deren Beschreibung an dieser Stelle verzichtet.
(Dritte Ausführungsform)
Bei der ersten Ausführungsform wird eine Sinuswellen-AC-Spannung als Spannung für den Antrieb der Transformatorantenne At1 angelegt. Im Gegensatz dazu wird bei dieser Ausführungsform eine Beschreibung für eine Konfiguration einer Magnetfelderzeugungsschaltung gegeben, die eine Rechteckwellen-AC-Spannung als Spannung für den Antrieb der Transformatorantenne At1 anlegt.
5 ist eine schematische Darstellung, die die Konfiguration einer Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß dieser Ausführungsform enthält die Transformatorantenne At1, eine Gleichstrom(DC-)Stromversorgung DC1 und eine Halbbrückenschaltung 10, die als Antriebsschaltung zum Antreiben der Transformatorantenne At1 dient. Die DC-Stromversorgung DC1 und die Halbbrückenschaltung 10 (Antriebsschaltung) bilden eine AC-Stromversorgungsschaltung, die eine Rechteckwellen-AC-Spannung ausgibt. Die Halbbrückenschaltung 10 enthält einen Eingangskondensator C3, zwei Schaltelemente Q1 und Q2, die miteinander in Reihe geschaltet sind, und eine Gate-Antriebsschaltung GD, die die Schaltelemente Q1 und Q2 steuert. Die Schaltelemente Q1 und Q2 bestehen jeweils beispielsweise aus einem FET.
Die Transformatorantenne At1 ist ähnlich der in der ersten Ausführungsform beschriebenen. Die Primärspule L1 der Transformatorantenne At1 und eine Ausgangsklemme der Halbbrückenschaltung 10 sind miteinander verbunden. Genauer gesagt, ist eine hochspannungsseitige Klemme der Primärspule L1 der Transformatorantenne At1 an einem Knoten zwischen den Schaltelementen Q1 und Q2 angeschlossen, mit einem dazwischen angeordneten Ableitkondensator C2.
Die Halbbrückenschaltung 10 empfängt eine DC-Spannung von der DC-Spannungsversorgung DC1 durch den Eingangskondensator C3, wandelt die empfangene DC-Spannung in eine gewünschte Rechteckwellenspannung um und liefert die Rechteckwellenspannung an die Transformatorantenne At1. Insbesondere treibt die Halbbrückenschaltung 10 die zwei Schaltelemente Q1 und Q2 (ausschließlich) mit einem festgelegten Einschaltverhältnis und einer festgelegten Frequenz in entgegengesetzten Phasen an, wodurch eine Rechteckwellenspannung mit einer festgelegten Antriebsfrequenz von der DC-Stromversorgung DC1 erzeugt wird und die Rechteckwellenspannung an der Primärspule L1 der Transformatorantenne At1 angelegt wird. Dadurch wird an der Sekundärspule L2 ein Sinuswellenresonanzstrom erzeugt und ein AC-Magnetfeld im Raum erzeugt.
Insbesondere ist eine geeignete Ausschaltzeit beim Schaltbetrieb jedes der Schaltelemente Q1 und Q2 der Halbbrückenschaltung 10 vorgesehen, um einen Resonanzbetrieb unter Verwendung einer Rechteckwellenspannung zu ermöglichen Insbesondere ist das Einschaltverhältnis des Schaltelements auf einen Wert innerhalb des Bereichs von 10 % bis 45 % eingestellt. Vorzugsweise kann das Einschaltverhältnis des Schaltelements auf einen Wert innerhalb des Bereichs von 10 % bis 40 % eingestellt werden. Noch spezifischer kann das Einschaltverhältnis auf einen Wert innerhalb des Bereichs von 10 % bis 20 % eingestellt werden. Teil (A) und (B) aus 6 sind Zeitdiagramme der Schaltelemente Q1 und Q2 auf der Hochspannungsseite bzw. der Niederspannungsseite. Beispielsweise, wie in 6 dargestellt ist, ist das Ausschaltverhältnis auf 75 % eingestellt, also das Einschaltverhältnis ist auf 25 % eingestellt. Der Erfinder hat herausgefunden, dass das Einstellen der Betriebsverhältnisse innerhalb eines derartigen Bereichs einen Parallelresonanzbetrieb unter Verwendung einer Rechteckwellenspannung ermöglicht. Der Erfinder hat außerdem herausgefunden, dass eine geeignete Einstellung und Verwendung der Streuinduktivität zwischen der Primärspule L1 und der Sekundärspule L2 der Transformatorantenne At1 ermöglicht, dass der Spitzenwert des Ausgangsstroms von der Halbbrückenschaltung 10 erheblich abgeschwächt werden kann. Daraus ergibt sich, dass eine hocheffiziente Erzeugung eines Sinuswellenresonanzstroms möglich gemacht wurde.
Bei der Konfiguration gemäß dieser Ausführungsform ist das Einschaltverhältnis jedes Schaltelements der Halbbrückenschaltung auf einen geeigneten Wert eingestellt, also hier auf einen Wert von 10 % bis 45 %. In einem Fall, bei dem beispielsweise das Einschaltverhältnis auf 25 % eingestellt ist, wird der Schalter Q1 auf der Hochspannungsseite bei 25 % kurzgeschlossen (eingeschaltet) und das Schaltelement Q2 auf der Niederspannungsseite wird bei 25 % kurzgeschlossen (eingeschaltet) und somit ist die Primärspule L1 während eines Restzeitraums von 50 % von der Eingangsstromversorgung und dem GND potentialfrei. Dabei handelt es sich um einen freien Schwingungszeitraum in der Parallelresonanzschaltung in der Sekundärspule der Transformatorantenne über die Transformatorkupplung und der freie Schwingungszeitraum ermöglicht Parallelresonanz in einer sekundären Parallelresonanzschaltung. Des Weiteren ermöglicht die Verwendung der zwischen der Primärspule und der Sekundärspule der Transformatorantenne erzeugten Streuinduktivität, den maximalen Spitzenstrom, der von der Antriebsschaltung in die Transformatorantenne fließt, zu begrenzen.
Die Transformatorantenne ermöglicht, dass eine Hochspannung an einem sekundären Resonanzsystem angelegt werden kann und eine Kombination dieser vier Faktoren (eine von der Transformatorantenne erhaltene Hochspannung, eine Schaltung, die einen freien Schwingungszeitraum umsetzen kann, das Einstellen des freien Schwingungszeitraums und eine geeignete Streuinduktivität) ermöglichen erstmalig die Herstellung einer praktischen räumlichen Magnetfelderzeugungsschaltung unter Verwendung von Parallelresonanz.
7 stellt ein Simulationsergebnis für die Konfiguration der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der dieser Ausführungsform dar. Die Simulation wurde an einer Probe (Probe Nr. 1) der Transformatorantenne At1 durchgeführt, wobei L2 = 166 µH, C1 = 10 µF, Wicklungsverhältnis N2/N1 = 35 und Kernlänge = 90 mm. Mit dieser Konfiguration wurde eine Simulation durchgeführt, bei der eine Rechteckwellenspannung bei einem Einschaltverhältnis von 25 % angelegt wurde. 8 stellt das Simulationsergebnis für einen Eingangsstrom von der DC-Stromversorgung zur Halbbrückenschaltung 10 (Schaltungseingangsstrom Iin), einen Eingangsstrom zum Transformator Tx1 (nachfolgend als „Transformatoreingangsstrom Itr“ bezeichnet) und einen durch die Sekundärspule L2 fließenden Resonanzstrom (nachfolgend als „Spulenresonanzstrom Icoil“ bezeichnet) dar. 9 stellt das Simulationsergebnis der Wellenformen von Drainströmen und Gate-Signalen des Schaltelements Q1 auf der Hochspannungsseite und des Schaltelements Q2 auf der Niederspannungsseite dar.
Bezugnehmend auf 8 wird deutlich, dass der Spulenresonanzstrom Icoil der Sekundärspule L2 eine Sinuswelle ist und dass der Transformatoreingangsstrom Itr eine Wellenform aufweist, die keine Sinuswelle ist. Der Transformatoreingangsstrom Itr ist ein Strom, der von der Halbbrückenschaltung 10 geliefert wird, um aus einem Widerstand und der Abschwächung des sekundären Resonanzstroms, der durch die Differenz zwischen einer LC-Resonanzfrequenz und einer Antriebsfrequenz bewirkt wird, resultierende Verluste auszugleichen. Der Wert dieses Stroms wird durch die Differenz zwischen einer von den Schaltelementen Q1 und Q2 gelieferten Spannung und einer durch den sekundären Resonanzstrom erregten Spannung bestimmt und wird kleiner, wenn sich die LC-Parallelresonanzfrequenz an die Antriebsfrequenz annähert.
Aus 8 ergibt sich ebenfalls, dass der Schaltungseingangsstrom Iin (mA-Ordnung) in Bezug zum Transformatoreingangsstrom Itr (A-Ordnung) extrem klein ist. Der meiste Drainstrom des Schaltelements Q1 auf der Hochspannungsseite in 8 wird vom Eingangskondensator C3 (siehe 5) geliefert und ein negativer Teil des Drainstroms ist ein Strom, der zum Eingangskondensator C3 zurückgebracht wird. Der Drainstrom des Schaltelements Q2 auf der Niederspannungsseite wird vom Spulenresonanzstrom Icoil der Sekundärspule geliefert und es erfolgt keine Energieversorgung von der Halbbrückenschaltung Demzufolge ist der in dieser Schaltung verwendete Strom nur der durch Subtrahieren eines Negativstroms von einem Positivstrom des Drainstroms des Schaltelements Q1 auf der Hochspannungsseite erhaltene Strom. Daher wird der Spulenresonanzstrom Icoil der Sekundärspule so berechnet, dass er in Bezug zum Schaltungseingangsstrom Iin = 0,014 Arms 0,636 Arms beträgt.
Das Ergebnis der Simulation wurde vorstehend beschrieben. Als nächstes wird das tatsächliche Messergebnis beschrieben. Messungen wurden an der Spulenantenne gemäß dem Stand der Technik und der Transformatorantenne gemäß dieser Ausführungsform durchgeführt. Bezüglich dieser Ausführungsform wurde eine Probe Nr. 3 (L2 = 337 µH, Wicklungsverhältnis = 70, C1 = 4,7 µF) der Transformatorantenne At1 mit einer höheren Ausgangsleistung vorbereitet, indem der sekundäre Induktionswert und das Wicklungsverhältnis weiter erhöht wurden, zusätzlich zu einer Probe (Probe Nr. 2), die denselben Zustand wie die in der Simulation verwendete Probe Nr. 1 aufweist. 10 stellt das tatsächliche Messergebnis für Probe Nr. 2 und Nr. 3 gemäß dem Stand der Technik und dieser Ausführungsform dar.
Verglichen mit dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik wurde der Eingangsstrom bei Probe Nr. 2 auf 23 % und bei Probe Nr. 3 auf 42 % verringert. Andererseits wurde bestätigt, dass die räumliche magnetische Flussdichte erheblich erhöht wurde, bei Probe Nr. 2 auf 177 % und bei Probe 3 auf 286 %. Ebenso wurde bestätigt, dass bei der Konfiguration gemäß dieser Ausführungsform die Anstiegszeit der magnetischen Flussdichte äquivalent zu der im Stand der Technik ist.
Bezüglich des Vergleichs beim Schaltungseingangsstrom und Spulenresonanzstrom beträgt der Spuleneingangsstrom Iin 0,147 A (Effektivwert) und der Spulenresonanzstrom Icoil beträgt 0,357 A (Effektivwert) im Stand der Technik. Also ist der Spulenresonanzstrom Icoil etwa 2,4-mal so groß wie der Eingangsstrom Iin im Stand der Technik. Im Gegensatz dazu beträgt bei der Probe Nr. 2 dieser Ausführungsform der Schaltungseingangsstrom Iin 0,034 A (Effektivwert) und der Spulenresonanzstrom Icoil beträgt 0,665 A (Effektivwert). Also ist der Spulenresonanzstrom Icoil etwa 20-mal so groß wie der Eingangsstrom Iin. Im Gegensatz dazu beträgt bei der Probe Nr. 3 der Schaltungseingangsstrom Iin 0,062 A (Effektivwert) und der Spulenresonanzstrom Icoil beträgt 0,665 A (Effektivwert). Also ist der Spulenresonanzstrom Icoil etwa 10,7-mal so groß wie der Eingangsstrom Iin. Dementsprechend wurde bestätigt, dass der Betrieb bei dieser Ausführungsform mit einer höheren Effizienz durchgeführt werden kann als im Stand der Technik.
Bei der Konfiguration gemäß dieser Ausführungsform ermöglichen Eigenschaften der Parallelresonanz eine Reduzierung der Fluktuation des Spulenresonanzstroms in Bezug zur Fluktuation der Antriebsfrequenz. Des Weiteren wird eine Stromrückgewinnung von einem Eingangsstrom für den Eingangskondensator C3 durchgeführt und dadurch ist die Fluktuation des Eingangsstroms in Bezug zur Fluktuation der Antriebsfrequenz relativ klein.
11 stellt tatsächliche Messwerte von Frequenzeigenschaften in der Probe Nr. 2 in einem Fall dar, bei dem die Antriebsfrequenz verändert wird. Es kann bestätigt werden, dass in einem Fall, bei dem die Antriebsfrequenz verändert wird, die ausgegebene magnetische Flussdichte kaum variiert und die Frequenzeigenschaft des ausgegebenen Magnetflusses extrem stabil ist. Bezüglich des Schaltungseingangsstroms ist der Maximalwert 3,5-mal so groß wie der Minimalwert. Es wurde bestätigt, dass eine Fluktuation in einem Resonanzsystem, aus dem eine Widerstandskomponente, zum Beispiel ein Dämpfungswiderstand eliminiert wird, so weit wie möglich unterdrückt wird.
Das Verfahren zum Anschließen einer Halbbrückenschaltung an der Transformatorantenne At1 ist nicht auf das in 5 dargestellte beschränkt und verschiedene Anschlussmöglichkeiten sind verfügbar. Zum Beispiel stellen 12 bis 14 weitere Anschlussbeispiele der Halbbrückenschaltung an die Transformatorantenne At1 dar. In 12 ist der Ableitkondensator C2 zwischen dem niederspannungsseitigen Ende der Primärspule L1 und dem niederspannungsseitigen Ausgangsende der Halbbrückenschaltung angeordnet. In 13 ist die Transformatorantenne At1 mit dem Schaltelement Q1 auf der Hochspannungsseite parallel geschaltet und der Ableitkondensator C2 ist zwischen dem niederspannungsseitigen Ende der Primärspule L1 und dem niederspannungsseitigen Ende des Schaltelements Q1 angeordnet. In 14 ist die Transformatorantenne At1 mit dem Schaltelement Q1 auf der Hochspannungsseite parallel geschaltet und der Ableitkondensator C2 ist zwischen dem hochspannungsseitigen Ende der Primärspule L1 und dem hochspannungsseitigen Ende des Schaltelements Q1 angeordnet.
Die Magnetfelderzeugungsschaltung mit der vorstehend aufgeführten Konfiguration weist zusätzlich zu den Wirkungen, die in der ersten Ausführungsform beschrieben sind, die folgenden Wirkungen auf. Es kann nämlich das Antreiben einer Parallelresonanzschaltung durch eine Halbbrückenschaltung mit einer einfachen Struktur und einfachen Steuerung durchgeführt werden, was im Stand der Technik bisher schwierig war. Somit können die Anwenderfreundlichkeit erhöht und die Kosten im System gesenkt werden. Zusätzlich ermöglichen ein von der Transformatorseite zurückgewonnener Strom und ein selbsterregter Resonanzbetrieb in einem Betriebszeitraum des niederspannungsseitigen Schaltelements, den der Antriebsschaltung tatsächlich gelieferten Strom erheblich zu reduzieren und die Effizienz zu erhöhen. Des Weiteren kann die Variation des Eingangsstroms, die sich aus der Frequenzvariation ergibt, verringert werden. Daher ist es möglich, eine hocheffiziente Schaltung mit einer geringen Differenz, die durch eine Frequenzvariation eines Eingangsstroms verursacht wird, zu erhalten.
(Vierte Ausführungsform)
In der dritten Ausführungsform wird eine Halbbrückenschaltung als Antriebsschaltung zum Antreiben der Transformatorantenne At1 verwendet. Die Antriebsschaltung ist nicht auf eine Halbbrückenschaltung beschränkt und eine andere Art der Antriebsschaltung kann verwendet werden. Zum Beispiel kann die Halbbrückenschaltung 10 in allen in der dritten Ausführungsform dargestellten Konfiguration zu einer Vollbrückenschaltung geändert werden. 15 stellt eine Konfiguration dar, bei der eine Vollbrückenschaltung als Antriebsschaltung für die Transformatorantenne At1 angewendet wird.
Wie in 15 dargestellt ist, enthält eine Vollbrückenschaltung 12 den Eingangskondensator C3, vier Schaltelemente Q1 bis Q4, und die Gate-Antriebsschaltung GD, die die Schaltelemente Q1 bis Q4 steuert. Die Schaltelemente Q1 und Q2 sind miteinander in Reihe geschaltet und die Schaltelemente Q3 und Q4 sind miteinander in Reihe geschaltet. Die aus den Schaltelementen Q1 und Q2 gebildete Reihenschaltung und die aus den Schaltelementen Q3 und Q4 gebildete Reihenschaltung sind miteinander parallel geschaltet. Die Transformatorantenne At1 ist ähnlich der in der ersten Ausführungsform beschriebenen. Ein Knoten zwischen dem Schaltelement Q1 und dem Schaltelement Q2 ist am hochspannungsseitigen Ende der Primärspule L1 der Transformatorantenne At1 angeschlossen und ein Knoten zwischen dem Schaltelement Q3 und dem Schaltelement Q4 ist am niederspannungsseitigen Ende der Primärspule L1 der Transformatorantenne At1 angeschlossen.
Die Vollbrückenschaltung 12 empfängt durch den Eingangskondensator C3 eine DC-Spannung von der DC-Stromversorgung DC1 und führt einen Ein-/Aus-Antrieb der Schaltelemente Q1 bis Q4 durch, wodurch eine Rechteckwellen-AC-Spannung mit einer gewünschten Antriebsfrequenz aus der empfangenen DC-Spannung erzeugt wird. Die erzeugte Rechteckwellen-AC-Spannung wird an der Primärspule L1 der Transformatorantenne At1 angelegt. Dementsprechend wird in der Sekundärspule L2 ein Sinuswellenresonanzstrom erzeugt und ein AC-Magnetfeld im Raum erzeugt. Wie bei der Halbbrückenschaltung 10 wird die Vollbrückenschaltung 12 durch das Einstellen des Einschaltverhältnisses der Schaltelemente Q1, Q2, Q3 und Q4 auf einen geeigneten Wert, hier 10 % bis 45 %, angetrieben.
In diesem Fall wird eine AC-Spannung, deren Amplitude doppelt so groß ist wie die Amplitude der von der DC-Stromversorgung DC1 gelieferten Spannung (also eine Schaltungseingangsspannung), an der Primärspule L1 der Transformatorantenne At1 angelegt. Da die Transformatorantenne At1 die Funktion eines „Transformators“ aufweist, verdoppelt sich die Ausgangsspannung, wenn sich die Eingangsspannung verdoppelt. Daher ermöglicht es diese Konfiguration, einen Spulenstrom, also eine räumliche magnetische Flussdichte, einfach zu erhöhen. Wenn die Spezifikationen der Transformatorantenne At1 dahingehend geändert werden, eine Anpassung durchzuführen, um die Ausgangsspannung nicht zu verändern, halbiert sich die Stromstärke jedes Schaltelements Q1 bis Q4. Somit verringert sich der für die Schaltelemente Q1 bis Q4 notwendige Stromwert und es wird möglich, Schaltelemente mit niedrigerer Leistung zu verwenden (niedrigere Kosten).
16 stellt ein Simulationsergebnis der Wellenformen des Schaltungseingangsstroms Iin von der DC-Stromversorgung dc1 zur Gate-Antriebsschaltung GD, den Transformatoreingangsstrom Itr und den Spulenresonanzstrom Icoil der Sekundärspule L2 dar.
Eine Simulation des Anlegens einer Rechteckwellenspannung mit einem Einschaltverhältnis von 25 % wurde in der in 15 dargestellten Schaltungskonfiguration durchgeführt. 17 stellt das Simulationsergebnis dar. 17 stellt zusätzlich zum Simulationsergebnis in der Schaltungskonfiguration gemäß der vierten Ausführungsform die Simulationsberechnung in der Konfiguration gemäß der dritten Ausführungsform zum Vergleich dar. Die hier verwendeten Spezifikationen der Transformatorantenne At1 lauten wie folgt. Der Induktionswert (L2) der Sekundärspule beträgt L2 = 166 µH, die Kapazität (C1) des Kondensators C1 = 10 nF, das Wicklungsverhältnis N2/N1 des Transformators Tx1 = 35 und die Länge des Kerns beträgt 90 mm. Der einzige Unterschied ist die Antriebsschaltung (eine Halbbrückenschaltung oder eine Vollbrückenschaltung). In der vierten Ausführungsform beträgt der Eingangsstrom zur Vollbrückenschaltung 12 etwa 340 % des Werts der dritten Ausführungsform. Der Eingangsstrom der Transformatorantenne At1 beträgt wiederum 140 %. Das deutet an, dass der Stromspitzenwert jedes der Schaltelemente Q1 bis Q4 durch die Vollbrückenschaltung 12 verringert wird. Das räumliche magnetische Flussdichteverhältnis erhöht sich erheblich auf 198 %. Aus dem Vorstehenden konnte bestätigt werden, dass die Kombination der Transformatorantenne At1 und der Vollbrückenschaltung 12 hocheffizient ist, um die Stromwerte der Schaltelemente Q1 bis Q4 zu verringern und die räumliche magnetische Flussdichte zu erhöhen.
Die Konfiguration gemäß dieser Ausführungsform weist zusätzlich zu den Wirkungen der Konfigurationen gemäß der ersten und dritten Ausführungsform die folgenden Wirkungen auf. Bei der Verwendung der Vollbrückenschaltung 12 wird die an der Primärspule L1 angelegte Spannung in Bezug zur Spannung der DC-Stromversorgung DC1 im Wesentlichen verdoppelt. Dadurch wird es ermöglicht, den Spulenausgangsstrom weiter zu erhöhen. Wenn der Spulenausgangsstrom äquivalent ist, ist es wiederum möglich, den maximalen Drainstrom für jedes Schaltelement auf die Hälfte zu reduzieren und Schaltelemente oder eine integrierte Schaltung mit niedrigerer Leistung zu verwenden. Dementsprechend können die Schaltelemente o. Ä. leicht ausgewählt werden.
(Fünfte Ausführungsform)
Bei jeder in der dritten Ausführungsform dargestellten Konfiguration kann anstelle der Halbbrückenschaltung 10 eine Doppelvorwärtsschaltung als Antriebsschaltung für die Transformatorantenne At1 verwendet werden.
18 stellt eine Konfiguration dar, bei der eine Doppelvorwärtsschaltung als Antriebsschaltung für die Transformatorantenne At1 angewendet wird. Eine Doppelvorwärtsschaltung 14 enthält den Eingangskondensator C3, eine aus dem Schaltelement Q1 und einer Diode ausgebildete Reihenschaltung, eine aus einer Diode D2 und dem Schaltelement Q2 ausgebildete Reihenschaltung und die Gate-Antriebsschaltung GD, die die Schaltelemente Q1 und Q2 steuert. Die aus dem Schaltelement Q1 und der Diode D1 ausgebildete Reihenschaltung und die aus der Diode D2 und dem Schaltelement Q2 ausgebildete Reihenschaltung sind miteinander parallel geschaltet. Die Transformatorantenne At1 ist ähnlich der in der ersten Ausführungsform beschriebenen. Ein Knoten zwischen dem Schaltelement Q1 und der Diode D1 ist am hochspannungsseitigen Ende der Primärspule L1 der Transformatorantenne At1 angeschlossen. Ein Knoten zwischen der Diode D2 und dem Schaltelement Q2 ist am niederspannungsseitigen Ende der Primärspule L1 der Transformatorantenne At1 angeschlossen.
Bei dem Antrieb der Transformatorantenne At1 führt die Doppelvorwärtsschaltung 14 einen Vorgang durch, der im Wesentlichen dem Antreiben durch die Halbbrückenschaltung 10 gemäß der dritten Ausführungsform ähnelt. Bei der Doppelvorwärtsschaltung 14 wird also auch das Einschaltverhältnis jedes der Schaltelemente Q1 und Q2 für den Antrieb auf einen geeigneten Wert eingestellt (hier 10 % bis 45 %). Bei der Konfiguration gemäß dieser Ausführungsform können außerdem Wirkungen erhalten werden, die ähnlich derer der dritten Ausführungsform sind.
(Sechste Ausführungsform)
Bei jeder in der dritten Ausführungsform dargestellten Konfiguration kann anstelle der Halbbrückenschaltung 10 eine Gegentaktschaltung als Antriebsschaltung für die Transformatorantenne At1 verwendet werden.
19 stellt eine Konfiguration dar, bei der eine Gegentaktschaltung 16 als Antriebsschaltung für die Transformatorantenne At1 angewendet wird. In 19 enthält die Gegentaktschaltung 16 den Eingangskondensator C3, die Schaltelemente Q1 und Q2 und die Gate-Antriebsschaltung GD, die die Schaltelemente Q1 und Q2 steuert. Bei einem Transformator Tx11 der Transformatorantenne At1 enthält die Primärspule einen ersten Spulenabschnitt L11 und einen zweiten Spulenabschnitt L12. Das Schaltelement Q2 ist mit dem zweiten Spulenabschnitt L12 auf der Niederspannungsseite des zweiten Spulenabschnitts L12 in Reihe geschaltet. Das Schaltelement Q1 ist mit einer aus der Primärspule L1 und dem Schaltelement Q2 ausgebildeten Reihenschaltung parallel geschaltet. Das hochspannungsseitige Ausgangsende der DC-Stromversorgung DC1 ist an einen Knoten zwischen dem ersten Spulenabschnitt L11 und dem zweiten Spulenabschnitt L12 angeschlossen. Die niederspannungsseitigen Enden der Schaltelemente Q1 und Q2 sind am niederspannungsseitigen Ausgangsende der DC-Stromversorgung DC1 angeschlossen.
Bei der Gegentaktschaltung 16 wird außerdem wie bei der Halbbrückenschaltung 10 das Einschaltverhältnis jedes der Schaltelemente Q1 und Q2 für den Antrieb auf einen geeigneten Wert eingestellt (hier 10 % bis 45 %). Bei der Verwendung der Gegentaktschaltung 16, wie bei der Vollbrückenschaltung gemäß der vierten Ausführungsform, kann die an der Transformatorantenne At1 angelegte Spannung im Wesentlichen auf das Doppelte der Schaltungseingangsspannung erhöht werden. Daher ist es möglich, einen Spulenausgangsstrom zu erhöhen, also einen Eingangsstrom zu verringern. Des Weiteren wird es möglich, einen Schaltungsvorgang umzusetzen, um eine äquivalente Funktion auszuführen, indem die Hälfte der Schaltelemente der Vollbrückenschaltung (zwei Schaltelemente) verwendet wird. Der Betrieb der Vorrichtung mit der Gegentaktschaltung 16 ist im Wesentlichen ähnlich dessen in der vierten Ausführungsform.
(Siebte Ausführungsform)
Bei der zweiten Ausführungsform wird die Parallelresonanzspulenantenne At2 von einer Sinuswellen-AC-Spannung angetrieben. Die Parallelresonanzspulenantenne At2 kann auch von einer Rechteckwellen-AC-Spannung, wie bei der dritten bis sechsten Ausführungsform offenbart wird, angetrieben werden. Bei den in der dritten bis sechsten Ausführungsform offenbarten Konfigurationen kann also die Transformatorantenne At1 durch die Parallelresonanzspulenantenne At2 und den Aufwärtstransformator Tx2, die in der zweiten Ausführungsform dargestellt sind, ausgetauscht werden. Bei dieser Ausführungsform können außerdem Wirkungen erreicht werden, die ähnlich derer der dritten bis sechsten Ausführungsform sind.
20 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration darstellt, wobei die in der in 5 der dritten Ausführungsform dargestellte Transformatorantenne At1 durch die Parallelresonanzspulenantenne At2 und den Aufwärtstransformator Tx2 ausgetauscht wird. 20 stellt also eine Konfiguration dar, bei der die Parallelresonanzspulenantenne At2 von der Halbbrückenschaltung 10 angetrieben wird. Die Halbbrückenschaltung 10 wird ähnlich der dritten Ausführungsform betrieben. Die zwei Schaltelemente Q1 und Q2 werden also in entgegengesetzten Phasen bei einem Einschaltverhältnis innerhalb eines Bereichs von 10 % bis 45 % angetrieben. Dementsprechend können Wirkungen erreicht werden, die ähnlich derer der dritten Ausführungsform sind.
Die Streuinduktivität zwischen der Primärspule L1 und der Sekundärspule L2 des Aufwärtstransformators Tx2 weist bei dieser Ausführungsform eine Funktion auf, die ähnlich derer der Streuinduktivität zwischen der Primärspule L1 und der Sekundärspule L2 der in der dritten Ausführungsform beschriebenen Transformatorantenne At1 ist.
Die Konfiguration gemäß dieser Ausführungsform kann nur angewendet werden, indem der Anschluss zwischen der Spule und dem Kondensator in einer Spulenantenne gemäß dem Stand der Technik von einer Reihenschaltung in eine Parallelschaltung geändert wird. Außerdem ermöglicht ein geschlossener Magnetschaltungstransformator mit einer guten Kopplung die Anpassung einer Spuleneingangsspannung unter Verwendung eines Wicklungsverhältnisses (Aufwärtsverhältnis) und somit kann ein Spulenresonanzstrom einfach angepasst werden.
Bei der dritten bis sechsten Ausführungsform wird unter Verwendung der Transformatorantenne At1 eine Hochspannung an der LC-Parallelresonanzschaltung angelegt. Im Gegensatz dazu ermöglicht die Verwendung des Aufwärtstransformators Tx2 bei dieser Ausführungsform die Lieferung einer Hochspannung an die LC-Parallelresonanzschaltung und ein notwendiger Resonanzstrom kann erhalten werden. Die Antriebsschaltung der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß dieser Ausführungsform wird ähnlich der zweiten und dritten bis sechsten Ausführungsform betrieben, um ein AC-Magnetfeld im Raum zu erzeugen.
(Achte Ausführungsform)
Die in der zweiten Ausführungsform offenbarte Parallelresonanzspulenantenne At2 und eine Spule mit einem festgelegten Induktionswert können an eine beliebige der verschiedenen in der dritten bis sechsten Ausführungsform beschriebenen Antriebsschaltungen angeschlossen werden (also die in 5, 12 bis 15, 18 und 19 dargestellten Antriebsschaltungen).
21 stellt beispielhaft eine Konfiguration dar, bei der die Parallelresonanzspulenantenne At2 und eine Spule L4 mit einem festgelegten Induktionswert an die Vollbrückenschaltung 12, die ein Beispiel einer Antriebsschaltung ist, angeschlossen sind. Die Parallelresonanzfrequenz der Parallelresonanzspulenantenne At2 ist so eingestellt, dass sie gleich der Antriebsfrequenz ist. Die Vollbrückenschaltung 12 wird ähnlich betrieben wie die dritte bis sechste Ausführungsform, um eine Rechteckwellen-AC-Spannung an die Parallelresonanzspulenantenne At2 und die Spule L4 zu liefern und dementsprechend kann ein AC-Magnetfeld von der Parallelresonanzspulenantenne At2 in den Raum erzeugt werden. Die Parallelresonanzfrequenz der Parallelresonanzspulenantenne At2 und die Antriebsfrequenz müssen nicht notwendigerweise auf Werte eingestellt werden, die genau gleich sind, und können auf Werte eingestellt werden, die in einem Bereich von beispielweise ±10 % einander gleichen.
Die Induktivität der Spule L4 gemäß dieser Ausführungsform weist eine Funktion auf, die ähnlich der Streuinduktivität zwischen der Primärspule L1 und der Sekundärspule L2 der in der dritten Ausführungsform beschriebenen Transformatorantenne At1 ist.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen werden eine Hochspannung und eine Begrenzung einer Eingangsstromspitze durch die Transformatorantenne At1 oder den Aufwärtstransformator Tx2 umgesetzt. Wenn die Eingangsspannung zur Antriebsschaltung jedoch für die LC-Parallelresonanzschaltung ausreicht, ist das vorstehend beschriebene Verfahren zum Erhalten einer Hochspannung nicht notwendig. Durch das Anordnen der Primärspule L1 zum Begrenzen der Eingangsstromspitze zwischen der Parallelresonanzspulenantenne At2 und der Antriebsschaltung 10, 12 o. Ä. kann somit ein Vorgang ähnlich dem in der dritten bis sechsten Ausführungsform durchgeführt werden und können ähnliche Wirkungen erhalten werden. Die Konfiguration gemäß dieser Ausführungsform kann nur angewendet werden, indem der Anschluss zwischen der Spule und dem Kondensator in der Spulenantenne gemäß dem Stand der Technik von einer Reihenschaltung in eine Parallelschaltung geändert wird.
(Neunte Ausführungsform)
22 ist eine schematische Darstellung, die eine weitere Konfiguration der Magnetfelderzeugungsschaltung darstellt. Die Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der dieser Ausführungsform enthält eine Parallelresonanzspulenantenne At3, die eine erste Spule L12 und eine zweite Spule L22 enthält, die miteinander in Reihe geschaltet sind, und einen Resonanzkondensator C1, der mit der zweiten Spule L22 parallel geschaltet ist. Die erste Spule L12 und die zweite Spule L22 sind durch Wickeln von Drähten um den Umfang eines identischen offenen Magnetschaltungskerns ausgebildet. Eine beliebige der verschiedenen Arten von Antriebsschaltungen 10 bis 16, die in der dritten bis sechsten Ausführungsform dargestellt sind, ist an der Parallelresonanzspulenantenne At3 angeschlossen. 22 offenbart ein Beispiel, bei dem eine Vollbrückenschaltung 12 als Antriebsschaltung an der Parallelresonanzspulenantenne At3 angeschlossen ist.
Die Parallelresonanzfrequenz der Parallelresonanzspulenantenne At3 ist so eingestellt, dass sie gleich der Antriebsfrequenz ist. Des Weiteren funktioniert die Antriebsschaltung bei dieser Ausführungsform ähnlich wie in der dritten bis sechsten Ausführungsform und bewirkt die Erzeugung eines AC-Magnetfelds aus der Parallelresonanzspulenantenne At3 im Raum. Wenn eine Halbbrückenschaltung beispielsweise als Antriebsschaltung an der Parallelresonanzspulenantenne At3 angeschlossen ist, werden die zwei Schaltelemente Q1 und Q2 in entgegengesetzten Phasen bei einem Einschaltverhältnis innerhalb eines Bereichs von 10 % bis 45 % angetrieben. Die Parallelresonanzfrequenz der Parallelresonanzspulenantenne At3 und die Antriebsfrequenz müssen nicht notwendigerweise auf Werte eingestellt werden, die genau gleich sind, und können auf Werte eingestellt werden, die in einem Bereich von beispielweise ±10 % einander gleichen.
Die erste Spule L12 der Parallelresonanzspulenantenne At3 gemäß dieser Ausführungsform weist eine Funktion auf, die äquivalent derer der Streuinduktivität zwischen der Primärspule L1 und der Sekundärspule L2 der in der dritten Ausführungsform beschriebenen Transformatorantenne At1 ist.
Bei der Konfiguration gemäß dieser Ausführungsform können außerdem Wirkungen erreicht werden, die ähnlich derer der dritten bis sechsten Ausführungsform sind. Bei der Konfiguration gemäß dieser Ausführungsform, wenn die Spule L22 zum Begrenzen des Spitzenstroms in die Parallelresonanzspulenantenne eingebaut ist, können die Kosten und der Installationsraum effektiver reduziert werden als bei der Konfiguration gemäß der achten Ausführungsform.
(Zehnte Ausführungsform)
Bei den Magnetfelderzeugungsschaltungen gemäß der dritten bis neunten Ausführungsform kann eine Spannungsanpassungsschaltung, die die Ausgangsspannung der DC-Stromversorgung DC1 anpasst, zwischen der DC-Stromversorgung DC1 und einem Knoten zwischen dem Eingangskondensator C3 und dem Schaltelement Q1 angeordnet sein. 23 stellt beispielsweise eine Konfiguration dar, bei der eine Spannungsanpassungsschaltung 20 in der Konfiguration der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der dritten Ausführungsform (5) angeordnet ist. 24 stellt beispielsweise eine Konfiguration dar, bei der die Spannungsanpassungsschaltung 20 in der Konfiguration der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß der achten Ausführungsform (21) angeordnet ist. Die Ausgangsspannung wird durch die Spannungsanpassungsschaltung 20 angepasst und dadurch wird der durch die Transformatorantenne At1 oder die Parallelresonanzantenne At2 fließende Strom angepasst, wodurch es ermöglicht wird, die Intensität des im Raum zu erzeugenden AC-Magnetfelds angepasst werden kann.
Bei der Lieferung einer Sinuswellenantriebsspannung wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform ist ein Spulenresonanzstrom im Wesentlichen proportional zu einem Spannungseingang zur Antenne, aufgrund der Eigenschaften der Parallelresonanz unabhängig vom Grad der Differenz zwischen der Antriebsfrequenz und der Resonanzfrequenz. Des Weiteren ist bei dem eine Brückenschaltung o. Ä. verwendenden Antriebsverfahren wie in der dritten bis neunten Ausführungsform ein Spulenresonanzstrom im Wesentlichen proportional zu einem Spannungseingang zur Brückenschaltung o. Ä., unabhängig vom Grad der Differenz zwischen der Antriebsfrequenz und der Parallelresonanzfrequenz der Parallelresonanzschaltung (siehe 10). Aus dem Anpassen des Spannungseingangs zur Brückenschaltung o. Ä. durch die Spannungsanpassungsschaltung 20 wie bei dieser Ausführungsform ergibt sich somit, dass ein Parallelresonanzstrom, also eine räumliche Magnetfeldintensität, angepasst werden kann.
Des Weiteren sind die Ausgangsspannung der Spannungsanpassungsschaltung 20 und die räumliche Magnetfeldintensität im Wesentlichen proportional zueinander Die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung der Ausgangsanpassungsschaltung 20 und die räumliche Magnetfeldintensität können daher im Vorfeld erfasst werden und die Ausgangsspannung der Spannungsanpassungsschaltung 20 kann auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Dadurch wird es ermöglicht, die räumliche Magnetfeldintensität frei anzupassen, ohne einen Spulenstrom oder ein räumliches Magnetfeld zu erfassen oder eine Rückkopplungsregelung durchzuführen. Eine gewünschte räumliche Magnetfeldintensität kann also erzeugt werden, ohne einen Spulenstrom oder ein räumliches Magnetfeld zu erfassen oder eine Rückkopplung durchzuführen, wodurch das System vereinfacht werden kann und Kosten gesenkt werden können.
(Elfte Ausführungsform)
Bei dieser Ausführungsform wird eine Beschreibung einer Konfiguration gegeben, die ferner einen Widerstand zum Messen eines Resonanzstroms (nachfolgend als „Stromüberwachungswiderstand“ bezeichnet) in der Konfiguration enthält, der die Spannungsanpassungsschaltung 20 gemäß der zehnten Ausführungsform enthält. Insbesondere ist bei der Konfiguration gemäß der zehnten Ausführungsform ein Stromüberwachungswiderstand mit der Sekundärspule L2 des Transformators At1 oder der Spule der Parallelresonanzantenne At2 in Reihe geschaltet, um den Resonanzstrom (Spulenstrom) der Transformatorantenne At1 oder der Parallelresonanzantenne At2 zu messen.
Wie in Teil (A) von 25 dargestellt ist, kann ein Stromüberwachungswiderstand R11 beispielsweise an der Sekundärspule L2 der Transformatorantenne At1 in der in 23 dargestellten Konfiguration angeschlossen sein. Die Spannung über den Stromüberwachungswiderstand R11 wird überwacht, um einen Spulenstrom und eine Rückkopplung des Messwerts an die Spannungsanpassungsschaltung 20 zu messen. Die Spannungsanpassungsschaltung 20 steuert den Spannungseingang zur Antriebsschaltung (im Beispiel in Teil (A) in 25 die Halbbrückenschaltung 10) auf Grundlage des durch die Sekundärspule L2 der Transformatorantenne At1 fließenden Resonanzstroms. Dadurch wird eine hochgenaue Steuerung eines Spulenstroms ermöglicht.
Wie in Teil (B) von 25 dargestellt ist, kann der Stromüberwachungswiderstand R11 mit dem Resonanzkondensator C1 der Transformatorantenne At1 in Reihe geschaltet werden, um die Transformatorantenne At1 in der in 23 dargestellten Konfiguration zu messen. In diesem Fall ist es ebenfalls möglich, Wirkungen zu erhalten, die äquivalent zu denen sind, die beim In-Reihe-Schalten des Stromüberwachungswiderstands R11 mit der Sekundärspule L2 der Transformatorantenne At1 (Teil (A) aus 25) auftreten.
Alternativ kann der Stromüberwachungswiderstand R11 mit der Spule L3 der Parallelresonanzspulenantenne At2 in Reihe geschaltet werden, um den Resonanzstrom der Parallelresonanzspulenantenne At2 in der in 24 dargestellten Konfiguration zu messen. In diesem Fall können auch ähnliche Wirkungen erzielt werden.
Der Stromüberwachungswiderstand R11 kann in der Transformatorantenne At1 oder der Parallelresonanzantenne At2 angeordnet sein oder kann außerhalb dieser Antennen At1 und At2 angeordnet sein.
Bei der Parallelresonanz unterscheidet sich der Eingangsstrom vom Wert des Resonanzstroms (Spulenstrom). Der Resonanzstrom kann gemessen werden, indem die Spannung über den Stromüberwachungswiderstand R11, der an der Sekundärspule L2 der Transformatorantenne At1, der Parallelresonanzspulenantenne At2 oder dem Resonanzkondensator C1 angeschlossen ist, gemessen wird. Als Stromüberwachungswiderstand R11 wird beispielsweise ein Widerstand verwendet, der einen Widerstandswert aufweist, der die Ausgangsleistung des Resonanzstroms, das Auftreten von Verlust nicht hemmt und ermöglicht, dass eine erzeugte Spannung einen für die Messung geeigneten Wert aufweist.
(Zwölfte Ausführungsform)
Bei der Konfiguration, die eine Halbbrückenschaltung, eine Vollbrückenschaltung oder eine Doppelvorwärtsschaltung als Antriebsschaltung in den Konfigurationen gemäß der dritten bis elften Ausführungsform verwendet, kann die Steuerung durchgeführt werden, um ein Schaltelement in der Antriebsschaltung kurzzuschließen, nachdem ein Magnetfelderzeugungsvorgang abgeschlossen wurde.
Wenn beispielsweise eine Halbbrückenschaltung als Antriebsschaltung verwendet wird, wird das Schaltelement Q2 durch die Gate-Antriebsschaltung GD kurgeschlossen, nachdem ein Magnetfelderzeugungsvorgang in den in 5 und 12 dargestellten Konfigurationen abgeschlossen wurde. Bei den in 13 und 14 dargestellten Konfigurationen wird das Schaltelement Q1 durch die Gate-Antriebsschaltung GD kurgeschlossen, nachdem der Magnetfelderzeugungsvorgang abgeschlossen wurde. Bei der Konfiguration, bei der eine Vollbrückenschaltung verwendet wird, wie in 15 dargestellt ist, werden die Schaltelemente Q2 und Q4 durch die Gate-Antriebsschaltung GD kurgeschlossen, nachdem ein Magnetfelderzeugungsvorgang abgeschlossen wurde. Bei der Konfiguration, bei der eine Doppelvorwärtsschaltung verwendet wird, wie in 18 dargestellt ist, wird das Schaltelement Q2 durch die Gate-Antriebsschaltung GD kurgeschlossen, nachdem ein Magnetfelderzeugungsvorgang abgeschlossen wurde. Ein derartiger Kurzschlussvorgang ermöglicht die erzwungene Freigabe des in der Transformatorantenne At1 oder der Parallelresonanzspulenantenne At2 verbleibenden Resonanzstroms und eine erhebliche Verkürzung der Anstiegszeit.
Bei einer Parallelresonanzschaltung besteht das Problem, dass die Abfallzeit eines Resonanzstroms lang ist. Insbesondere in einem Zustand, in dem der Betrieb der Antriebsschaltung in der dritten bis elften Ausführungsform gestoppt wird, also in einem Zustand, in dem alle Schaltelemente elektrisch geöffnet sind, das Primärspulenende der Transformatorantenne At1 oder des Aufwärtstransformators Tx2 geöffnet ist und ein Spulenresonanzstrom nur durch den Verlust des Widerstands im Resonanzsystem abgeschwächt wird. In diesem Zustand, wird eine Zeitkonstante von 100 µs oder weniger, die für ein typisches LF-Kommunikationssystem erforderlich ist, nicht erfüllt.
Daher kann resultierend aus dem elektrischen Kurzschließen der Primärspule L1 wie vorstehend beschrieben eine Kurzschlussauslösung des Resonanzstroms der Sekundärspule L2 der Transformatorantenne At1 oder des Resonanzstroms der Parallelresonanzspulenantenne At2 auf der primären Seite durch die Transformatorantenne At1 oder den Aufwärtstransformator Tx2 durchgeführt werden. Dementsprechend wird der Resonanzstrom schnell abgeschwächt und die Abfallzeit der Magnetfeldintensität wird verkürzt.
Es wurde eine Simulation durchgeführt, indem eine Kurzschlussteuerung der Schaltelemente gemäß dieser Ausführungsform in der Konfiguration gemäß der vierten Ausführungsform, die die in 15 dargestellte Transformatorantenne At1 und die Vollbrückenschaltung 12 enthält, angelegt wurde. Das Simulationsergebnis wird nachfolgend beschrieben. 26 stellt die Gate-Signal-Wellenform der Schaltelemente Q2 und Q4 in der Simulation dar. Nachdem der Magnetfelderzeugungsvorgang gestoppt wurde (nachdem das Gate-Signal zu den Schaltelementen Q1 und Q2 ausgeschaltet wurde), wird ein Einschaltsignal nur am Gate von Schaltelement Q2 und am Gate von Schaltelement Q4 eingegeben, wodurch die Schaltelemente Q2 und Q4 elektrisch kurzgeschlossen werden. Bei diesem Beispielvorgang wird ein normaler Einschaltvorgang der Schaltelemente Q2 und Q4 während eines Zeitraums von 0,1 ms bis 0,6 ms durchgeführt und ein Entladevorgang der Schaltelemente Q2 und Q4 (nur Q2 und Q4 sind eingeschaltet) wird während eines Zeitraums von 0,6 ms bis 0,9 ms durchgeführt. Während eines Zeitraums vom Verstreichen von 0,9 ms bis zum Beginn des nächsten Vorgangs können die Schaltelemente Q2 und Q4 im eingeschalteten Zustand bleiben. Die Schaltelemente Q2 und Q4 können also während eines Zeitraums von 0,6 ms bis 0,9 ms in einem eingeschalteten Zustand bleiben und danach können die Schaltelemente Q2 und Q4 ein- oder ausgeschaltet werden.
27 stellt ein Simulationsergebnis des Resonanzstroms der Sekundärspule L2 der Transformatorantenne At1 dar. Teil (A) von 27 stellt einen Fall dar, bei dem ein Kurzschlussvorgang eines Schaltelements nicht durchgeführt wird, wohingegen Teil (B) von 27 einen Fall darstellt, bei dem ein Kurzschlussvorgang eines Schaltelements durchgeführt wird. Wie in Teil (A) von 27 dargestellt ist, wird in einem Fall, bei dem kein Kurzschlussvorgang durchgeführt wird, die Resonanz eines Spulenstroms auch nach 0,6 ms, was eine Magnetfelderzeugungsvorgangsendzeit darstellt, fortgesetzt. Im Gegensatz dazu schwächt sich der Resonanzstrom in einem Fall, bei dem ein Kurzschlussvorgang durchgeführt wird, wie in Teil (B) von 27 dargestellt ist, nachdem der Magnetfelderzeugungsvorgang beendet ist, schnell ab.
(Dreizehnte Ausführungsform)
Bei dieser Ausführungsform wird eine Beschreibung für eine weitere Konfiguration für das schnelle Verringern eines Resonanzstroms gegeben, die sich von der zwölften Ausführungsform unterscheidet.
Bei dieser Ausführungsform ist ein Schalter, der elektrisch oder mechanisch kurzgeschlossen werden kann, in einem Schaltungsabschnitt angeordnet, in dem die Ausgangsleistung der Antriebsschaltung in der dritten, vierten, fünften, siebten, achten, neunten, zehnten oder elften Ausführungsform an der Primärseite der Transformatorantenne At1 oder dem Aufwärtstransformator Tx2 angeschlossen ist. 28 bis 31 stellen Beispielkonfigurationen dar, bei denen das Konzept dieser Ausführungsform auf eine Magnetfelderzeugungsschaltung, die eine Transformatorantenne At1 enthält, angewendet wird. Ein Schalter kann beispielsweise aus einem FET oder einem Relais bestehen.
Bei der in 28 dargestellten Konfiguration ist ein Schalter S1 mit der Primärspule L1 der Transformatorantenne At1 in der in 5 dargestellten Konfiguration, die eine Halbbrückenschaltung als Antriebsschaltung enthält, parallel geschaltet. Des Weiteren ist eine Schaltersteuerschaltung SC, die das Ein-/Ausschalten des Schalters S1 steuert, in der in 28 dargestellten Konfiguration vorgesehen. Die Schaltersteuerschaltung SC schaltet den Schalter S1 ein, nachdem die Magnetfelderzeugungsschaltung einen Magnetfelderzeugungsvorgang abgeschlossen hat. Dementsprechend wird die Primärspule L1 kurzgeschlossen und es kann eine erzwungene Freigabe des durch die Primärspule L1 fließenden Resonanzstroms erfolgen.
Bei der in 29 dargestellten Konfiguration ist der Schalter S1 in der in 15 dargestellten Konfiguration, die eine Vollbrückenschaltung als Antriebsschaltung enthält, zwischen dem hochspannungsseitigen Ende der Primärspule L1 der Transformatorantenne At1 und dem Erdpotential (dem niederspannungsseitigen Ausgangsende der DC-Stromversorgung DC1) angeschlossen. Außerdem ist ein Schalter S2 zwischen dem niederspannungsseitigen Ende der Primärspule L1 der Transformatorantenne At1 und dem Erdpotential angeschlossen. Des Weiteren ist die Schaltersteuerschaltung SC, die das Ein-/Ausschalten der Schalter S1 und S2 steuert, vorgesehen. Die Schaltersteuerschaltung SC schaltet die Schalter S1 und S2 ein, nachdem die Magnetfelderzeugungsschaltung einen Magnetfelderzeugungsvorgang abgeschlossen hat. Dementsprechend wird die Primärspule L1 kurzgeschlossen und es kann eine erzwungene Freigabe des durch die Primärspule L1 fließenden Resonanzstroms erfolgen.
Bei der in 30 dargestellten Konfiguration ist der Schalter S1 mit der Primärspule L1 der Transformatorantenne At1 in der in 15 dargestellten Konfiguration, die eine Vollbrückenschaltung als Antriebsschaltung enthält, parallel geschaltet. Des Weiteren ist die Schaltersteuerschaltung SC, die das Ein-/Ausschalten des Schalters S1 steuert, vorgesehen. Die Schaltersteuerschaltung SC schaltet den Schalter S1 ein, nachdem die Magnetfelderzeugungsschaltung einen Magnetfelderzeugungsvorgang abgeschlossen hat. Dementsprechend wird die Primärspule L1 kurzgeschlossen und es kann eine erzwungene Freigabe des durch die Primärspule L1 fließenden Resonanzstroms erfolgen.
Bei der in 31 dargestellten Konfiguration ist der Schalter S1 in der in 18 dargestellten Konfiguration, die eine Doppelvorwärtsschaltung als Antriebsschaltung enthält, zwischen dem niederspannungsseitigen Ende der Primärspule L1 der Transformatorantenne At1 und dem Erdpotential (dem niederspannungsseitigen Ausgangsende der DC-Stromversorgung DC1) angeschlossen. Des Weiteren ist die Schaltersteuerschaltung SC, die das Ein-/Ausschalten des Schalters S1 steuert, vorgesehen. Die Schaltersteuerschaltung SC schaltet den Schalter S1 ein, nachdem die Magnetfelderzeugungsschaltung einen Magnetfelderzeugungsvorgang abgeschlossen hat. Dementsprechend ist das niederspannungsseitige Ende der Primärspule L1 an der Erde angeschlossen, ein Stromverlauf der Diode D1, der Primärspule L1 und des Schalters S1 wird ausgebildet und es kann eine erzwungene Freigabe des Resonanzstroms in den Verlauf erfolgen.
Bei den vorstehend beschriebenen Konfigurationen werden die Schalter S1 und S2 kurzgeschlossen, nachdem ein Magnetfelderzeugungsvorgang abgeschlossen wurde, und dies ermöglicht die erzwungene Freigabe des in der Transformatorantenne At1 (oder der Parallelresonanzspulenantenne At2) verbleibenden Resonanzstroms und eine erhebliche Verkürzung der Anstiegszeit des Resonanzstroms.
(Vierzehnte Ausführungsform)
Wenn eine Halbbrückenschaltung als Antriebsschaltung enthalten ist und die Kurzschlusssteuerung der in der zwölften Ausführungsform dargestellten Schaltelemente durchgeführt wird, kann eine Diode mit dem Ableitkondensator C2 in der Halbbrückenschaltung parallel geschaltet werden, um den Resonanzstrom schneller abzuschwächen.
Zum Beispiel kann, wie in 32 dargestellt ist, die Diode D1 mit dem Ableitkondensator C2 parallel geschaltet werden. Dabei wird die Kathode der Diode D1 an einem Knoten zwischen dem Schaltelement Q1 und dem Schaltelement Q2 der Halbbrückenschaltung angeschlossen und die Anode der Diode D1 wird am hochspannungsseitigen Ende der Primärspule L1 der Transformatorantenne At1 angeschlossen.
Bei der Magnetfelderzeugungsschaltung mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird das Schaltelement Q2 kurzgeschlossen, um den Resonanzstrom freizugeben, nachdem ein Magnetfelderzeugungszeitraum beendet wurde, wie in der zwölften Ausführungsform beschrieben ist.
Wenn die Halbbrückenschaltung 10 als Antriebsschaltung verwendet wird, ist der Ableitkondensator C2, der mit der Halbbrückenschaltung 10 und der Antenne At1 in Reihe geschaltet ist, notwendig. Der Ableitkondensator C2 wird gemäß dem Betrieb der Halbbrückenschaltung 10 aufgeladen. Wenn die vorstehend beschriebene Diode D1 also nicht vorgesehen ist, selbst wenn das Schaltelement Q2 elektrisch kurzgeschlossen wird, um den Resonanzstrom freizugeben, nachdem ein Magnetfelderzeugungszeitraum beendet wurde, verursachen die im Ableitkondensator C2 gesammelten Ladungen eine DC-Resonanz zwischen dem Ableitkondensator C2 und der Primärspule L1, was das Problem verursachen kann, dass sich der Resonanzstrom nicht schnell abschwächt. Bei dieser Ausführungsform ist die Diode D1 vorgesehen, um dieses Problem zu lösen.
Wenn das Schaltelement Q2 kurzgeschlossen wird, nachdem der Magnetfelderzeugungszeitraum beendet wurde, wird ein Reihenresonanzstrom Ir durch den Ableitkondensator C2 und die Primärspule L1 erzeugt und eine Sinuswellen-AC-Spannung V mit einem Spitzenwert von V = ±Ir/2πfC2 wird über den Ableitkondensator C2 erzeugt. Während des Zeitraums, in dem eine Vorwärtsspannung an der Diode D1 angelegt wird, wird der Resonanzstrom durch die Diode D1 zum Schaltelement Q2 freigegeben und der Resonanzstrom der Primärspule L1 kann schnell abgeschwächt werden. Auf diese Weise wird der zwischen dem Ableitkondensator C2 und der Parallelresonanzschaltung erzeugte Resonanzstrom schnell durch die Diode D1 freigegeben, wenn das Schaltelement Q2 elektrisch kurzgeschlossen wird, nachdem der Magnetfelderzeugungszeitraum beendet wurde. Die Abfallzeit des Resonanzstroms kann daher erheblich verkürzt werden.
33 stellt ein Simulationsergebnis der Veränderung des Resonanzstroms in einem Fall dar, bei dem die in der zwölften Ausführungsform dargestellte Kurzschlussteuerung in der in 5 dargestellten Konfiguration (ohne die Diode D1) und der in 32 dargestellten Konfiguration (mit der Diode D1) durchgeführt wird. Teil (A) von 33 stellt ein Simulationsergebnis in einem Fall, bei dem die in der zwölften Ausführungsform dargestellte Kurzschlusssteuerung in der in 5 dargestellten Konfiguration, die die mit dem Ableitkondensator C2 parallel geschaltete Diode D1 nicht enthält, durchgeführt wird, dar. Teil (B)von 33 stellt ein Simulationsergebnis in einem Fall, bei dem die in der zwölften Ausführungsform dargestellte Kurzschlusssteuerung in der in 32 dargestellten Konfiguration, bei der die Diode D1 mit dem Ableitkondensator C2 parallel geschaltet ist, durchgeführt wird, dar. Beide Teile (A) und (B) von 33 stellen ein Simulationsergebnis des Resonanzstroms der Sekundärspule L2 der Transformatorantenne At1 dar. Bei diesem Beispielvorgang wird ein normaler Einschaltvorgang während eines Zeitraums von 0,1 ms bis 0,6 ms durchgeführt und ein Entladevorgang (nur das Schaltelement Q2 ist eingeschaltet) wird während eines Zeitraums von 0,6 ms bis 1,0 ms durchgeführt. Wie in Teil (A) von 33 dargestellt ist, ist der Grad der Abschwächung, wenn die Diode D1 nicht mit dem Ableitkondensator C2 parallel geschaltet ist, bei und nach 0,6 ms, wenn der Magnetfelderzeugungsvorgang endet, niedrig und es dauert 400 µs bis der Resonanzstrom verschwindet. Wenn die Diode D1 wiederum mit dem Ableitkondensator C2 parallel geschaltet ist, wie in Teil (B) von 33 dargestellt ist, schwächt sich der Resonanzstrom in einem kurzen Zeitraum von etwa 40 µs ab.
(Fünfzehnte Ausführungsform)
34 stellt eine Konfiguration dar, bei der ein Entladewiderstand R21 zur Magnetfelderzeugungsschaltung, die die in 5 dargestellte Halbbrückenschaltung 10 und die Transformatorantenne At1 enthält, hinzugefügt wird. Der Entladewiderstand R21 ist auf einem Verlauf angeordnet, der einen Knoten (Punkt A) zwischen dem Schaltelement Q2 auf der Niederspannungsseite und einem Erdungsknoten GND, an dem Erdungspotential gegeben wird, einen Knoten (Punkt B) zwischen den Schaltelementen Q1 und Q2 und einen Knoten (Punkt C) zwischen der Primärspule L1 der Transformatorantenne At1 und dem Erdungsknoten GND verbindet Auch wenn im in 34 dargestellten Beispiel nur ein Entladewiderstand R21 angeordnet ist, können zwei oder mehr Entladewiderstände angeordnet sein.
Bei der Parallelresonanz fließt eine sehr kleine Strommenge durch die Halbbrückenschaltung 10 und der Verlust im Entladewiderstand R21 ist gering. Wenn wiederum ein Signalerzeugungszeitraum endet, das Schaltelement Q1 geöffnet wird und das Schaltelement Q2 kurzgeschlossen wird, fließt ein Strom durch den vorstehend beschriebenen Verlauf (den Verlauf, der Punkt A, Punkt B und Punkt C verbindet), der dem Wicklungsverhältnis mal dem sekundären Resonanzstrom entspricht. Es ist daher möglich, eine schnelle Entladung durchzuführen, selbst wenn der Wert des Entladewiderstands R21 klein ist, und den Resonanzstrom der Sekundärspule L2 der Transformatorantenne At1 schnell abzuschwächen.
35 stellt ein Simulationsergebnis des durch die Sekundärspule L2 fließenden Resonanzstroms in Fällen dar, in denen der Entladewiderstand R21 vorhanden ist und in denen der Entladewiderstand R21 in der in 34 dargestellten Konfiguration nicht vorhanden ist. Auch wenn es während des Magnetfeldgegenkopplungszeitraums (während eines Resonanzvorgangs) kaum einen Unterschied in der Wellenform gibt, wird der Resonanzstrom schnell abgeschwächt, nachdem der Magnetfelderzeugungszeitraum beendet ist.
36 stellt eine Konfiguration dar, bei der Entladewiderstände R21 bis R23 zur Magnetfelderzeugungsschaltung, die die in 15 dargestellte Vollbrückenschaltung 12 und die Transformatorantenne At1 enthält, hinzugefügt werden. Die Entladewiderstände R21 bis R23 sind auf einem Stromverlauf angeordnet, der einen Knoten (Punkt A) zwischen dem Schaltelement Q2 und dem Erdungsknoten GND, einen Knoten (Punkt B) zwischen dem Schaltelement Q1 und dem Schaltelement Q2, einen Knoten (Punkt C) zwischen dem Schaltelement Q3 und dem Schaltelement Q4 und einem Knoten (Punkt D) zwischen dem Schaltelement Q4 und dem Erdungsknoten GND verbindet. Hierbei ist es ausreichend, dass mindestens ein Entladewiderstand auf dem vorstehend beschriebenen Stromverlauf angeordnet ist.
37 stellt ein Simulationsergebnis des durch die Sekundärspule L2 fließenden Resonanzstroms in Fällen dar, in denen Entladewiderstände R21 bis R23 vorhanden sind und in denen die Entladewiderstände R21 bis R23 in der in 36 dargestellten Konfiguration nicht vorhanden sind. Bei der Vollbrückenschaltung 12 schwächt sich der Resonanzstrom auch schnell ab, nachdem der Magnetfelderzeugungszeitraum beendet wurde, obwohl es während der Resonanz kaum einen Unterschied bei der Wellenform gibt.
38 stellt eine Konfiguration dar, bei der die Entladewiderstände R21 bis R23 zur Magnetfelderzeugungsschaltung, die die in 18 dargestellte Doppelvorwärtsschaltung 14 und die Transformatorantenne At1 enthält, hinzugefügt werden. Bei dieser Schaltung werden außerdem Wirkungen erhalten, die ähnlich derer der in 34 oder 36 dargestellten Schaltungskonfiguration sind.
39 stellt eine Magnetfelderzeugungsschaltung dar, bei der der Entladewiderstand R21 in der in 28 dargestellten Schaltung mit dem Schalter S1 zum Freigeben eines Resonanzstroms in Reihe geschaltet ist. Die Konfiguration in 39 ist dieselbe wie die Konfiguration, die dadurch ausgebildet wird, dass der Schalter S1 und der Entladewiderstand R21 in der in 28 dargestellten Halbbrückenschaltung 10 angeordnet sind. Bei einer derartigen Schaltung werden außerdem Wirkungen erhalten, die ähnlich derer der in 34, 36 oder 38 dargestellten Schaltungskonfiguration sind. Ein Entladewiderstand kann außerdem in der in 29 bis 31 dargestellten Schaltungskonfiguration angeordnet sein.
(Vorliegende Offenbarung)
Das folgende Konzept wird in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen offenbart.
(1) Die folgende erste Magnetfelderzeugungsschaltung wird in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen (siehe erste und dritte bis sechste Ausführungsform) offenbart.
Eine erste Magnetfelderzeugungsschaltung enthält:

eine Transformatorantenne (At1), die einen Transformator (Tx1), der die Primärspule (L1) und eine Sekundärspule (L2) und einen mit der Sekundärspule (L2) des Transformators parallel geschalteten Resonanzkondensator (C1) enthält, enthält und ein Magnetfeld erzeugt; und
eine AC-Stromversorgungsschaltung (AC1, DC1 + 10, 12, 14, oder 16), die eine AC-Spannung liefert, die als Antriebsspannung für die Primärspule (L1) der Transformatorantenne (At1) dient.

Die Sekundärspule (L2) und der Resonanzkondensator (C1) bilden eine Parallelresonanzschaltung, deren Resonanzfrequenz so eingestellt ist, dass sie gleich einer Frequenz der von der AC-Stromversorgungsschaltung (AC1) gelieferten AC-Spannung ist.
(2) Bei der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß (1) kann die AC-Stromversorgungsschaltung eine Schaltung (AC1) sein, die eine Sinuswellen-AC-Spannung ausgibt.
(3) Bei der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß (1) kann die AC-Stromversorgungsschaltung eine DC-Stromversorgung (DC1), die eine DC-Spannung ausgibt, und eine Antriebsschaltung (10, 12, 14, 16), die die DC-Spannung in eine Rechteckwellen-AC-Spannung umwandelt, die eine festgelegte Frequenz aufweist und die Rechteckwellen-AC-Spannung ausgibt (siehe 5, 12 bis 14, 15, 18 und 19), enthalten.
(4) Bei der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß (3) ist die Antriebsschaltung beispielsweise eine Halbbrückenschaltung (10), eine Vollbrückenschaltung (12), eine Doppelvorwärtsschaltung (14) oder eine Gegentaktschaltung (16) (siehe 5, 15, 18 und 19).
(5) Bei der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß (3) kann die Antriebsschaltung eine Halbbrückenschaltung (10) sein, die ein hochspannungsseitiges Schaltelement und ein niederspannungsseitiges Schaltelement (Q1, Q2), die zwischen einem hochspannungsseitigen Ausgangsende der DC-Stromversorgung (DC1) und einem niederspannungsseitigen Ausgangsende der DC-Stromversorgung (DC1) miteinander in Reihe geschaltet sind, und einen Ableitkondensator (C2), der zwischen dem hochspannungsseitigen Schaltelement und/oder dem niederspannungsseitigen Schaltelement und der Primärspule (L1) angeordnet ist, enthält. In diesem Fall kann eine Diode (D1) mit dem Ableitkondensator (C2) parallel geschaltet sein, sodass eine Kathode der Diode am hochspannungsseitigen Schaltelement und/oder am niederspannungsseitigen Schaltelement angeschlossen ist und sodass eine Anode der Diode an der Primärspule (L1) angeschlossen ist (siehe die vierzehnte Ausführungsform).
(6) Bei der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß (4) oder (5) kann die Antriebsschaltung mit einem Einschaltverhältnis in einem Bereich von 10 % bis 45 % angetrieben werden (siehe 15, 18 und 19).
(7) Die Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß (3) bis (6) kann des Weiteren eine Spannungsanpassungsschaltung (20) enthalten, die beim Empfang der DC-Spannung von der DC-Stromversorgung (DC1) die an die Antriebsschaltung auszugebende DC-Spannung anpasst (siehe die zehnte Ausführungsform).
(8) Die Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß (7) kann ferner einen Stromerfassungswiderstand (R11) enthalten, der einen durch die Sekundärspule fließenden Resonanzstrom erfasst. Die Spannungsanpassungsschaltung (20) kann auf Grundlage des vom Stromerfassungswiderstand erhaltenen erfassten Werts die an die Antriebsschaltung auszugebende DC-Spannung steuern (siehe die elfte Ausführungsform).
(9) Bei der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß (3) bis (8) kann die Antriebsschaltung (10, 12, 14, 16) ein hochspannungsseitiges Schaltelement und ein niederspannungsseitiges Schaltelement (Q1, Q2, ...), die zwischen einem hochspannungsseitigen Ausgangsende der DC-Stromversorgung und einem niederspannungsseitigen Ausgangsende der DC-Stromversorgung miteinander in Reihe geschaltet sind, und eine Gate-Antriebsschaltung (GD), die das hochspannungsseitige Schaltelement und das niederspannungsseitige Schaltelement antreibt, enthalten. Nachdem ein Magnetfelderzeugungsvorgang durch die Antriebsschaltung (10, 12, 14, 16) beendet wurde, kann die Gate-Antriebsschaltung (GD) entweder das hochspannungsseitige Schaltelement oder das niederspannungsseitige Schaltelement einschalten und kurzschließen (siehe die zwölfte Ausführungsform).
(10) Die Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß (3) bis (8) kann ferner einen Schalter (S1, S2), der zwischen einem hochspannungsseitigen Ende der Primärspule und einem niederspannungsseitigen Ende der Primärspule angeschlossen ist oder der zwischen dem niederspannungsseitigen Ende der Primärspule und einem Erdpotential angeschlossen ist; und eine Schaltersteuerschaltung (SC), die den Schalter steuert, enthalten. Nachdem ein Magnetfelderzeugungsvorgang durch die Antriebsschaltung (10, 12, 14) beendet wurde, kann die Schaltersteuerschaltung (SC) den Schalter einschalten, um einen Kurzschluss zwischen dem hochspannungsseitigen Ende der Primärspule und dem niederspannungsseitigen Ende der Primärspule zu bewirken oder um das niederspannungsseitige Ende der Primärspule an das Erdpotential anzuschließen (siehe die dreizehnte Ausführungsform).
(11) Bei der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß (7) bis (9) kann die Antriebsschaltung einen Entladewiderstand (R21, R22, R23) enthalten, der in einem Stromverlauf, der einen Erdungspunkt (GND), an dem ein Erdungspotential gegeben ist, ein Schaltelement (Q2, Q4), dessen eines Ende am Erdungsknoten angeschlossen ist, und die Primärwicklung (L1) der Transformatorantenne enthält, in Reihe geschaltet ist (siehe die fünfzehnte Ausführungsform).
(12) Des Weiteren offenbaren die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Konfiguration der folgenden zweiten Magnetfelderzeugungsschaltung (siehe die zweite und siebte Ausführungsform).
Eine zweite Magnetfelderzeugungsschaltung enthält:

einen Aufwärtstransformator (Tx2), der eine Primärspule (L1) und eine Sekundärspule (L2) enthält;
eine Parallelresonanzspulenantenne (At2), die eine dritte Spule (L3) und einen mit der dritten Spule (L3) parallel geschalteten Resonanzkondensator (C1) enthält und die ein Magnetfeld erzeugt; und
eine AC-Stromversorgungsschaltung (AC1), die eine AC-Spannung liefert, die als Antriebsspannung für den Aufwärtstransformator (Tx2) dient.

Die Sekundärspule (L2) und die Parallelresonanzspulenantenne (At2) bilden eine Resonanzschaltung, deren Resonanzfrequenz so eingestellt ist, dass sie gleich einer Frequenz der von der AC-Stromversorgungsschaltung (AC1) gelieferten AC-Spannung ist.
(13) Bei der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß (12) kann die AC-Stromversorgungsschaltung (AC1) eine Schaltung sein, die eine Sinuswellen-AC-Spannung ausgibt (siehe die zweite Ausführungsform).
(14) Des Weiteren offenbaren die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Konfiguration der folgenden dritten Magnetfelderzeugungsschaltung (siehe die achte und neunte Ausführungsform).
Eine dritte Magnetfelderzeugungsschaltung enthält:

eine erste Spule (L4, L1);
eine Parallelresonanzspulenantenne (At2, At3), die eine zweite Spule (L3, L2) und einen mit der zweiten Spule (L3, L2) parallel geschalteten Resonanzkondensator (C1) enthält und die ein Magnetfeld erzeugt; und
eine AC-Stromversorgungsschaltung, die eine Rechteckwellen-AC-Spannung liefert, die als Antriebsspannung für die Parallelresonanzspulenantenne (At2, At3) dient.
Die Parallelresonanzspulenantenne (At2, At3) weist eine Resonanzfrequenz auf, die so eingestellt ist, dass sie gleich einer Frequenz der von der AC-Stromversorgungsschaltung gelieferten AC-Spannung ist.

(15) Bei der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß (14) können die erste Spule und die zweite Spule um einen Umfang eines identischen geschlossenen Magnetschaltungskerns ausgebildet sein.
(16) Bei der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß (12) oder (15) kann die AC-Stromversorgungsschaltung eine DC-Stromversorgung (DC1), die eine DC-Spannung ausgibt, und eine Antriebsschaltung (10, 12, 14, 16), die die DC-Spannung in eine Rechteckwellen-AC-Spannung umwandelt, die eine festgelegte Frequenz aufweist und die Rechteckwellen-AC-Spannung ausgibt, enthalten.
(17) Bei der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß (16) kann die Antriebsschaltung eine Halbbrückenschaltung (10), eine Vollbrückenschaltung (12), eine Doppelvorwärtsschaltung (14) oder eine Gegentaktschaltung (16) sein.
(18) Bei der Magnetfelderzeugungsschaltung gemäß (17) kann die Antriebsschaltung mit einem Einschaltverhältnis in einem Bereich von 10 % bis 45 % angetrieben werden.
Die erste bis fünfzehnte Ausführungsform wurden als spezifische Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann auf eine Ausführungsform angewendet werden, die durch eine geeignete Veränderung, einen Austausch, ein Auslassen o. Ä. erhalten wird. Alle in der ersten bis fünfzehnten Ausführungsform vorstehend beschriebenen Komponenten können miteinander kombiniert werden, um eine neue Ausführungsform herzustellen. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen dienen also lediglich der Darstellung der Methode der vorliegenden Erfindung und somit können diverse durchgeführte Änderungen, Austauschungen, Hinzufügungen, Auslassungen o. Ä. im Rahmen der Ansprüche oder im Umfang, der äquivalent zu den Ansprüchen ist, durchgeführt werden.
Bezugszeichenliste

10: Halbbrückenschaltung
12: Vollbrückenschaltung
14: Doppelvorwärtsschaltung
16: Gegentaktschaltung
20: Spannungsanpassungsschaltung
AC1: AC-Stromversorgungsschaltung
At1: Transformatorantenne
At2, At3: Parallelresonanzspulenantenne
L1: Primärspule der Transformatorantenne
L2: Sekundärspule der Transformatorantenne
C1: Resonanzkondensator
C2: Ableitkondensator
C3: Eingangskondensator
DC1: DC-Stromversorgung
GD: Gate-Antriebsschaltung
R11: Stromüberwachungswiderstand
SC: Schaltersteuerschaltung
Q1 bis Q4: Schaltelement
Tx1, Tx2: Transformator

Claims

Magnetfelderzeugungsschaltung, umfassend: eine Transformatorantenne, die einen Transformator enthält, der eine Primärspule und eine Sekundärspule und einen mit der Sekundärspule des Transformators parallel geschalteten Resonanzkondensator enthält, und die ein Magnetfeld erzeugt; und eine AC-Stromversorgungsschaltung, die eine AC-Spannung liefert, die als Antriebsspannung für die Primärspule der Transformatorantenne dient, wobei die Sekundärspule und der Resonanzkondensator eine parallele Resonanzschaltung bilden, deren Resonanzfrequenz so eingestellt ist, dass sie gleich einer Frequenz der von der AC-Stromversorgungsschaltung gelieferten AC-Spannung ist.
Magnetfelderzeugungsschaltung nach Anspruch 1, wobei die AC-Stromversorgungsschaltung eine Schaltung ist, die eine Sinuswellen-AC-Spannung ausgibt.
Magnetfelderzeugungsschaltung nach Anspruch 1, wobei die AC-Stromversorgungsschaltung eine DC-Stromversorgung, die eine DC-Spannung ausgibt, und eine Antriebsschaltung, die die DC-Spannung in eine Rechteckwellen-AC-Spannung umwandelt, die eine festgelegte Frequenz aufweist und die Rechteckwellen-AC-Spannung ausgibt, enthält.
Magnetfelderzeugungsschaltung nach Anspruch 3, wobei die Antriebsschaltung eine Halbbrückenschaltung, eine Vollbrückenschaltung, eine Doppelvorwärtsschaltung oder eine Gegentaktschaltung ist.
Magnetfelderzeugungsschaltung nach Anspruch 3, wobei die Antriebsschaltung eine Halbbrückenschaltung ist, die ein hochspannungsseitiges Schaltelement und ein niederspannungsseitiges Schaltelement, die zwischen einem hochspannungsseitigen Ausgangsende der DC-Stromversorgung und einem niederspannungsseitigen Ausgangsende der DC-Stromversorgung miteinander in Reihe geschaltet sind, und einen Ableitkondensator, der zwischen dem hochspannungsseitigen Schaltelement und/oder dem niederspannungsseitigen Schaltelement und der Primärspule angeordnet ist, enthält und eine Diode mit dem Ableitkondensator parallel geschaltet ist, sodass eine Kathode der Diode am hochspannungsseitigen Schaltelement und/oder am niederspannungsseitigen Schaltelement angeschlossen ist und sodass eine Anode der Diode an der Primärspule angeschlossen ist.
Magnetfelderzeugungsschaltung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Antriebsschaltung mit einem Einschaltverhältnis in einem Bereich von 10 % bis 45 % angetrieben wird.
Magnetfelderzeugungsschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, ferner umfassend: eine Spannungsanpassungsschaltung, die beim Empfang der DC-Spannung von der DC-Stromversorgung, die an die Antriebsschaltung auszugebende DC-Spannung anpasst.
Magnetfelderzeugungsschaltung nach Anspruch 7, ferner umfassend: einen Stromerfassungswiderstand, der einen durch die Sekundärspule fließenden Resonanzstrom erfasst, wobei die Spannungsanpassungsschaltung auf Grundlage des vom Stromerfassungswiderstand erhaltenen erfassten Werts die an die Antriebsschaltung auszugebende DC-Spannung steuert.
Magnetfelderzeugungsschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die Antriebsschaltung ein hochspannungsseitiges Schaltelement und ein niederspannungsseitiges Schaltelement, die zwischen einem hochspannungsseitigen Ausgangsende der DC-Stromversorgung und einem niederspannungsseitigen Ausgangsende der DC-Stromversorgung miteinander in Reihe geschaltet sind, und eine Gate-Antriebsschaltung, die das hochspannungsseitige Schaltelement und das niederspannungsseitige Schaltelement antreibt, enthält, und nachdem ein Magnetfelderzeugungsvorgang durch die Antriebsschaltung beendet wurde, die Gate-Antriebsschaltung entweder das hochspannungsseitige Schaltelement oder das niederspannungsseitige Schaltelement einschaltet oder kurzschließt.
Magnetfelderzeugungsschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, ferner umfassend: einen Schalter, der zwischen einem hochspannungsseitigen Ende der Primärspule und einem niederspannungsseitigen Ende der Primärspule angeschlossen ist oder der zwischen dem niederspannungsseitigen Ende der Primärspule und einem Erdpotential angeschlossen ist; und eine Schaltersteuerschaltung, die den Schalter steuert, wobei nachdem ein Magnetfelderzeugungsvorgang durch die Antriebsschaltung beendet wurde, die Schaltersteuerschaltung den Schalter einschaltet, um einen Kurzschluss zwischen dem hochspannungsseitigen Ende der Primärspule und dem niederspannungsseitigen Ende der Primärspule zu bewirken oder um das niederspannungsseitige Ende der Primärspule am Erdpotential zu anzuschließen.
Magnetfelderzeugungsschaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Antriebsschaltung einen Entladewiderstand enthält, der in einem Stromverlauf, der einen Erdungspunkt, ein Schaltelement, dessen eines Ende am Erdungspunkt angeschlossen ist, und die Primärwicklung der Transformatorantenne enthält, in Reihe geschaltet ist.
Magnetfelderzeugungsschaltung, umfassend: einen Aufwärtstransformator, der eine Primärspule und eine Sekundärspule enthält; eine Parallelresonanzspulenantenne, die eine dritte Spule und einen mit der dritten Spule parallel geschalteten Resonanzkondensator enthält und die ein Magnetfeld erzeugt; und eine AC-Stromversorgungsschaltung, die eine AC-Spannung liefert, die als Antriebsspannung für den Aufwärtstransformator dient, wobei die Sekundärspule und die Parallelresonanzspulenantenne eine Resonanzschaltung bilden, deren Resonanzfrequenz so eingestellt ist, dass sie gleich einer Frequenz der von der AC-Stromversorgungsschaltung gelieferten AC-Spannung ist.
Magnetfelderzeugungsschaltung nach Anspruch 12, wobei die AC-Stromversorgungsschaltung eine Schaltung ist, die eine Sinuswellen-AC-Spannung ausgibt.
Magnetfelderzeugungsschaltung, umfassend: eine erste Spule; eine Parallelresonanzspulenantenne, die eine zweite Spule und einen mit der zweiten Spule parallel geschalteten Resonanzkondensator enthält und die ein Magnetfeld erzeugt; und eine AC-Stromversorgungsschaltung, die eine Rechteckwellen-AC-Spannung liefert, die als Antriebsspannung für die Parallelresonanzspulenantenne dient, wobei die Parallelresonanzspulenantenne eine Resonanzfrequenz aufweist, die so eingestellt ist, dass sie gleich einer Frequenz der von der AC-Stromversorgungsschaltung gelieferten AC-Spannung ist.
Magnetfelderzeugungsschaltung nach Anspruch 14, wobei die erste Spule und die zweite Spule um einen Umfang eines identischen geschlossenen Magnetschaltungskerns ausgebildet sind.
Magnetfelderzeugungsschaltung nach Anspruch 12 oder 15, wobei die AC-Stromversorgungsschaltung eine DC-Stromversorgung, die eine DC-Spannung ausgibt, und eine Antriebsschaltung, die die DC-Spannung in eine Rechteckwellen-AC-Spannung umwandelt, die eine festgelegte Frequenz aufweist und die Rechteckwellen-AC-Spannung ausgibt, enthält.
Magnetfelderzeugungsschaltung nach Anspruch 16, wobei die Antriebsschaltung eine Halbbrückenschaltung, eine Vollbrückenschaltung, eine Doppelvorwärtsschaltung oder eine Gegentaktschaltung ist.
Magnetfelderzeugungsschaltung nach Anspruch 17, wobei die Antriebsschaltung mit einem Einschaltverhältnis in einem Bereich von 10 % bis 45 % angetrieben wird.