EP4266332A1 - Magnetic coupling device and method for manufacturing such a magnetic coupling device - Google Patents
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- EP4266332A1 EP4266332A1 EP22305579.9A EP22305579A EP4266332A1 EP 4266332 A1 EP4266332 A1 EP 4266332A1 EP 22305579 A EP22305579 A EP 22305579A EP 4266332 A1 EP4266332 A1 EP 4266332A1
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Definitions
- the invention relates to the field of connection by magnetic coupling of electrical circuits.
- the subject of the invention is thus a magnetic coupling device and a method of manufacturing such a magnetic coupling device.
- Such a magnetic coupling device is generally based on the use of a first inductance, in the form of at least a first coil, connected to the first circuit, and a second inductance, in the form of at least a second coil , connected to the second circuit.
- the first and second inductances are arranged in such a way as to be magnetically coupled, usually, but not necessarily, by the use of a ferromagnetic material acting as a magnetic core between these two coils.
- Such magnetic coupling devices have the disadvantage of presenting either complicated maintenance due to a necessarily intimate arrangement between them and with the magnetic core, or of having low energy transfer efficiency between the two electrical circuits linked to a magnetic coupling between the two weak inductances (this particularly in the case where there is no magnetic core).
- the invention aims to remedy at least in part the above drawbacks and thus aims to provide a magnetic coupling device providing both good energy efficiency and easy maintenance.
- such an individual module arrangement of the first and second coils makes it possible to provide easy maintenance of the device, since it is easy to access each of the coils individually without necessarily needing to dismantle the other coils . Furthermore, with such an arrangement along a closed curved line with the first coils separated from each other by at least a second coil, it is possible to have good magnetic coupling between the coils since they are arranged directly one to another. side of the others while limiting field leaks through this arrangement around a closed curved line. As a result, this “modular” aspect is not detrimental to energy transfer efficiency.
- a coil means a conductive wire wound so as to form a set of turns arranged close to each other.
- the winding of the wire is generally done around an axis which is called the winding axis and can be done on the basis of different shapes of turns, such as circular, square or hexagonal turns.
- a galvanically isolated connector may be provided intended to form with a first complementary connector a first electrical connection offering galvanic isolation, the galvanically isolated connector comprises a first set of first coils each having a winding axis and being distributed along a curved closed line with their winding axes extending along bisectors of said closed line, two first successive coils along said closed line having a space capable of housing a second coil of the at least one complementary connector.
- the closed line can be an ellipse and is preferably a circle.
- the turns of each first coil can extend in a predefined shape for example in "D" with the vertical part of the "D”, corresponding to an internal portion of the closed curved line, parallel to an axis of said closed curved line, and the curved part of the “D” corresponding to a portion of the turns exterior to the closed curved line.
- the connector can be free of magnetic core.
- the galvanically isolated connector can also be intended to form with a second complementary connector, and simultaneously with the first connection, a second electrical connection offering galvanic isolation, two first successive coils along the closed line having a space capable of further housing a third coil of the second complementary connector.
- FIG. 1 illustrates the principle of a magnetic coupling device 1 according to the invention for connecting a first circuit 2, here a single-phase alternating power source, to a second circuit 3, here a device to be powered 3 represented in the form of a charge.
- the invention aims in particular, and not exclusively, at the transfer of high-power electrical energy, whether of the pulsed (i.e. intermittent) or medium (i.e. continuous) type. . It will be noted that in the context of such a transfer, the magnetic coupling device 1 according to the invention can also and optionally provide a transformation function and thus allow a rise or fall in voltage.
- the coupling device 1 allows a particularly efficient transfer of electrical energy even at high frequency, that is to say above 25 kHz, or even 100 kHz and preferably of the order of 200 kHz.
- first coils 12a, 12b, 12c... are connected to the first circuit parallel to each other and the second coils 22a, 22b, 22c... are connected to the second circuit parallel to each other, all types connection are possible without departing from the scope of the invention.
- a configuration in which the first coils 12a, 12b, 12c... would be connected in series and the second coils 22a, 22b, 22c... in parallel, or even a hybrid configuration for one or both sets 10, 20 of coils 12a, 12b, 12c, 22a, 22b, 22c....
- These different connection configurations of the first coils 12a, 12b, 12c... to the first circuit and the second coils 22a, 22b, 22c... are usual practices for those skilled in the art and he is able to move from one to the other.
- each first coil 12a, 12b, 12c... is provided in the form of a first individual module 11a, 11b, 11c... presenting a winding axis of said first coil 12a, 12b, 12c...
- the second coils 22a, 22b, 22c... each also being provided in the form of a second individual module 21a, 21b, 21c... having a winding axis of said second coil 22a, 22b, 22c....
- the first and second coils 12a, 12b, 12c, 22a, 22b, 22c... are distributed along a closed curved line 30 with their winding axes extending along bisectors of said closed curved line 30, two first successive coils 12a, 12b, 12c... along the closed curved line 30 being separated from one another by at least one second coil 22a, 22b, 22c...
- first coils 12a, 12b, 12c... successive along the closed curved line 30 are separated from each other by a single second coil 22a, 22b, 22c..., the device thus comprising as many first coils 12a, 12b, 12c... as well as second coils 22a, 22b, 22c...
- two first coils 12a, 12b, 12c... successive along the closed curved line 30 can be perfectly separated by two second coils 22a, 22b, 22c..., one connected to one of the two second circuits 3, the other being connected to the other of the two second circuits 3.
- the closed curved line 30 is preferably elliptical and is, in the context of the present principle of production and the exemplary embodiment which is described below, circular.
- the first and second coils 12a, 12b, 12c, 22a, 22b, 22c... are arranged in a toroidal configuration around the closed circular curved line 30.
- each first and second coil 12a, 12b, 12c, 22a, 22b, 22c, etc. has a circular shape.
- the first and second coils 12a, 12b, 12c, 22a, 22b, 22c... can have other shapes without departing from the scope of the invention, as is discussed in particular below in link with an example of production and the figures 5a to 5c .
- the magnetic coupling device 1 further comprises a first base 15, illustrated on the Figure 4 , on which the first individual modules 11a are mounted, 11b, 11c...
- the first individual modules 11a, 11b, 11c... are mounted on the base 15 in a removable manner.
- a removable assembly can in particular be produced by complementarity of shape, by means of screws and nuts, by elastic interlocking or by any other assembly system accessible to those skilled in the art.
- the first base 15 has a disc shape and comprises 10 locations 155 distributed circumferentially equidistant from each other. Each location 155 is configured to receive a respective first individual module 11a, 11b, 11c... and has three nuts 151 and two passages 152 in order to connect the first module 11a, 11b, 11c... corresponding to a circuit cooling.
- the base 15 also has 10 complementary locations 156 each arranged to receive a respective second individual module 21a, 21b, 21c... and for this purpose has an opening 153 intended to cooperate with said second individual module 21a, 21b, 21c... ..
- the second base 25 has an identical configuration, or symmetrical with respect to a median plane, to that of the first base 15 with the difference that the locations, not referenced, are adapted to receive the second individual modules 21a, 21b, 21c. .. and that the complementary locations, not referenced, are each arranged to receive a first individual module 11a, 11b, 11c... respectively.
- each first support 14a, 14b, 14c... include a heat transfer liquid circuit, of which only the input and output connectors 144a, 144b are shown, in order to allow cooling of the first corresponding coil 12a, 12b, 12c....
- a heat transfer liquid circuit forms a heat dissipation system.
- heat transfer liquid circuit is an example of a particularly advantageous heat dissipation system in the context of the present embodiment of the invention.
- a heat transfer liquid circuit can thus, for example, include, instead of the heat transfer liquid circuit, a metal heatsink/radiator with fins possibly coupled to a fan.
- such a heat transfer liquid circuit is intended to be connected to a water cooling system, the water of said circuit then forming the heat transfer liquid.
- the heat transfer liquid circuit can include the input and output connectors 144a, 144b passing through the two passages 152 of the first base 15, as illustrated in the Figure 4 .
- the impression is shaped to give the shape to the first coil 12a when it is wound on the winding support 14a.
- the winding pattern 143 of each first support 14a is arranged so that during winding, the first coil 12a which is wound there comprises a plurality of turns 13, said turns 13 being arranged with, on a first portion 13a internal to the closed curved line 30, a stack of turns 13 in a direction substantially perpendicular to the bisector of the closed curved line 30, and on a second portion 13b external to the closed line, a spread of turns 13 along the closed curved line 30 .
- each of the first coils 12a, 12b, 12c... can have a "D" shape with the vertical part of the "D,” corresponding to the first internal portion 13a, parallel to an axis of the curved line closed 30 (here at the axis of the circle), and the curved part of the D corresponding to the first exterior portion 13b of the turns 13.
- a particularly optimized transfer is obtained with an arrangement of the magnetic coupling device 1 particularly compact.
- the first and second coils 12a, 12b, 12c, 22a, 22b, 22c... are arranged in a spherical shape. In such a configuration, the first internal portions 13a of the first coils 12a, 12b, 12c...
- the second internal portions, not referenced, of the second coils 22a, 22b, 22c... extend along an axis of said sphere, and the first external portions 13a of the first coils 12a, 12b, 12c... and the second external portions, not referenced, of the second coils 22a, 22b, 22c... define the circumference of said sphere.
- the first coils 12a, 12b, 12c... can be wound with a litz wire whose configuration is adapted to the conditions of transfer of electrical energy envisaged between the first and the second circuit 2, 3 and in particular the voltage modulation frequency used in the context of this transfer.
- the second individual modules 21a, 21b, 21c... each therefore comprising a second winding support 24a, 24b, 24c and a second coil 22a, 22b, 22c..., for the same reasons as the first individual modules 11a, 11b , 11c... and to optimize the magnetic coupling between the first and second coils 12a, 12b, 12c, 22a, 22b, 22c..., have a shape similar to that of the first individual modules 11a, 11b, 11c....
- the turns of each of the second coils 22a, 22b, 22c... can have a "D" shape with the vertical part of the "D,” corresponding to the portion internal, parallel to an axis of the closed curved line 30 (here to the axis of the circle), and the curved part of the D corresponding to the exterior portion of the turns 13.
- the first set 10 of first coils 12a, 12b, 12c... and the second set 20 of second coils 22a, 22b, 22c... are arranged nested one in the other.
- the first set 10 of first coils 12a, 12b, 12c... forms a first connector
- the second set 20 of second coils 22a, 22b, 22c... forms a second connector capable of being fitted into the first connector.
- the first part comprising the first set 10 of first coils 12a, 12b, 12c...
- the first part comprising the first set 10 of first coils 12a, 12b, 12c...
- the second set 20 of second coils 22a, 22b, 22c... can equip the vehicle to be recharged.
- the first assembly 10 is connected to a recharging circuit and the vehicle to be recharged is an electrically powered vehicle, such as an electric car, an aerial or underwater drone, or even an aircraft.
- the second assembly 20 can be fitted into the first assembly 10 so as to allow magnetic coupling between the first coils 12a, 12b, 12c... and the second coils 22a, 22b, 22c...
- the first assembly 10 and/or the second assembly 20 may comprise an alignment assistance system.
- the help system to the alignment is provided by a conformation of the first and the second base 15, 25.
- the first and the second base 15, 25 both include alignment stops 154 and openings 153 intended to cooperate with the individual modules 21a, 21b, 21c... of the other set 20, 10.
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de couplage magnétique (1) pour connecter l'un à l'autre un premier et un deuxième circuit (2, 3). Le dispositif de couplage magnétique (1) comprend : un premier et un deuxième ensemble (10, 20) respectifs de premières et deuxièmes bobines (12a, 12b, 12c, 22a, 22b, 22c...). Chaque première et deuxième bobines (12a, 12b, 12c, 22a, 22b, 22c...) est fournie sous forme d'un module individuel (11a, 11b, 11c, 22a, 22b, 22c...). Les premières et les deuxièmes bobines (12a, 12b, 12c...,22a, 22b, 22c...) sont réparties le long d'une ligne fermée courbe (30) avec leurs axes de bobinage s'étendant selon des bissectrices de ladite ligne courbe fermée (30), deux premières bobines (12a, 12b, 12c...) successives le long de la ligne courbe fermée (30) étant séparées l'une de l'autre par au moins une deuxième bobine (22a, 22b, 22c...).The invention relates to a magnetic coupling device (1) for connecting first and second circuits (2, 3) to each other. The magnetic coupling device (1) comprises: a first and a second set (10, 20) respectively of first and second coils (12a, 12b, 12c, 22a, 22b, 22c...). Each first and second coil (12a, 12b, 12c, 22a, 22b, 22c...) is supplied as an individual module (11a, 11b, 11c, 22a, 22b, 22c...). The first and second coils (12a, 12b, 12c...,22a, 22b, 22c...) are distributed along a curved closed line (30) with their winding axes extending along bisectors of said closed curved line (30), two first coils (12a, 12b, 12c...) successive along the closed curved line (30) being separated from each other by at least one second coil (22a, 22b, 22c...).
Description
L'invention concerne le domaine de la connexion par couplage magnétique de circuits électriques.The invention relates to the field of connection by magnetic coupling of electrical circuits.
L'invention a ainsi pour objet un dispositif de couplage magnétique et un procédé de fabrication d'un tel dispositif de couplage magnétique.The subject of the invention is thus a magnetic coupling device and a method of manufacturing such a magnetic coupling device.
Il est connu de relier des circuits électriques au moyen de dispositifs de couplage magnétique ceci afin de fournir une isolation galvanique entre les deux circuits électriques, fournir une adaptation d'impédance et éventuellement une adaptation en tension.It is known to connect electrical circuits by means of magnetic coupling devices in order to provide galvanic isolation between the two electrical circuits, provide impedance adaptation and possibly voltage adaptation.
Un tel dispositif de couplage magnétique est généralement basé sur l'utilisation d'une première inductance, sous la forme d'au moins une première bobine, reliée au premier circuit, et une deuxième inductance, sous la forme d'au moins une deuxième bobine, reliée au deuxième circuit. Les première et deuxième inductances sont agencées de telle manière à être couplées magnétiquement ceci usuellement, mais pas nécessairement, par l'utilisation d'un matériau ferromagnétique faisant office de noyau magnétique entre ces deux bobines.Such a magnetic coupling device is generally based on the use of a first inductance, in the form of at least a first coil, connected to the first circuit, and a second inductance, in the form of at least a second coil , connected to the second circuit. The first and second inductances are arranged in such a way as to be magnetically coupled, usually, but not necessarily, by the use of a ferromagnetic material acting as a magnetic core between these two coils.
Néanmoins, de tels dispositifs de couplage magnétique présentent l'inconvénient de présenter soit une maintenance complexifiée en raison d'un agencement nécessairement intime entre elles et avec le noyau magnétique, soit de présenter une efficacité énergétique de transfert entre les deux circuits électriques faible liée à un couplage magnétique entre les deux inductances faible (ceci notamment dans le cas où il n'y aurait pas de noyau magnétique).However, such magnetic coupling devices have the disadvantage of presenting either complicated maintenance due to a necessarily intimate arrangement between them and with the magnetic core, or of having low energy transfer efficiency between the two electrical circuits linked to a magnetic coupling between the two weak inductances (this particularly in the case where there is no magnetic core).
L'invention vise à remédier au moins en partie les inconvénients ci-dessus et a ainsi pour but de fournir un dispositif de couplage magnétique fournissant à la fois un bon rendement énergétique et une maintenance facilitée.The invention aims to remedy at least in part the above drawbacks and thus aims to provide a magnetic coupling device providing both good energy efficiency and easy maintenance.
L'invention concerne à cet effet un dispositif de couplage magnétique pour connecter l'un à l'autre un premier et un deuxième circuit, le dispositif de couplage magnétique comprenant :
- un premier ensemble de premières bobines destiné à être relié au premier circuit,
- un deuxième ensemble de deuxièmes bobines destiné à être relié au deuxième circuit,
- chaque première bobine étant fournie sous la forme d'un premier module individuel présentant un axe de bobinage, les deuxièmes bobines étant chacune fournies sous forme d'un deuxième module individuel présentant un axe de bobinage,
- dans lequel les premières et les deuxièmes bobines sont réparties le long d'une ligne fermée courbe avec leurs axes de bobinage s'étendant selon des bissectrices de ladite ligne courbe fermée, deux premières bobines successives le long de la ligne courbe fermée étant séparées l'une de l'autre par au moins une deuxième bobine.
- a first set of first coils intended to be connected to the first circuit,
- a second set of second coils intended to be connected to the second circuit,
- each first coil being supplied in the form of a first individual module having a winding axis, the second coils each being supplied in the form of a second individual module having a winding axis,
- in which the first and second coils are distributed along a closed curved line with their winding axes extending along bisectors of said closed curved line, two first successive coils along the closed curved line being separated the one from the other by at least a second coil.
Avec un tel dispositif de couplage magnétique, un tel agencement en module individuel des premières et deuxièmes bobines permet de fournir une maintenance aisée du dispositif, puisqu'il est aisé d'accéder à chacune des bobines individuellement sans avoir nécessairement besoin de démonter les autres bobines. De plus, avec un tel agencement le long d'une ligne courbe fermée avec les premières bobines séparées les unes des autres par au moins une deuxième bobine permet d'avoir un bon couplage magnétique entre les bobines puisqu'elles sont agencées directement les unes à côté des autres tout en limitant les fuites de champs de par cet agencement autour d'une ligne courbe fermée. Il en résulte que cet aspect « modulaire » n'est donc pas préjudiciable au rendement de transfert énergétique.With such a magnetic coupling device, such an individual module arrangement of the first and second coils makes it possible to provide easy maintenance of the device, since it is easy to access each of the coils individually without necessarily needing to dismantle the other coils . Furthermore, with such an arrangement along a closed curved line with the first coils separated from each other by at least a second coil, it is possible to have good magnetic coupling between the coils since they are arranged directly one to another. side of the others while limiting field leaks through this arrangement around a closed curved line. As a result, this “modular” aspect is not detrimental to energy transfer efficiency.
De plus, avec un tel agencement, le confinement magnétique étant assuré par l'agencement des bobines vis-à-vis de la ligne fermée, il n'est pas nécessaire de prévoir de blindage même dans le cas où le dispositif serait dépourvu de noyau magnétique.Furthermore, with such an arrangement, the magnetic confinement being ensured by the arrangement of the coils with respect to the closed line, it is not necessary to provide shielding even in the case where the device does not have a core. magnetic.
On entend, ici et dans le reste de ce document, par bobine, un fil conducteur enroulé de manière à former un ensemble de spires agencées les unes à proximité des autres. L'enroulement du fil se fait généralement autour d'un axe qui est nommé axe de bobinage et peut se faire sur la base de différentes formes de spires, telles que des spires circulaires, carrées ou hexagonales.Here and in the rest of this document, a coil means a conductive wire wound so as to form a set of turns arranged close to each other. The winding of the wire is generally done around an axis which is called the winding axis and can be done on the basis of different shapes of turns, such as circular, square or hexagonal turns.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un dispositif de couplage magnétique pour connecter l'un à l'autre un premier et un deuxième circuit, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- fourniture d'un premier ensemble de premières bobines, chaque première bobine étant fournie sous forme d'un module individuel présentant un axe de bobinage,
- fourniture d'un deuxième ensemble de deuxièmes bobines, chaque deuxième bobine étant fournie sous forme d'un module individuel présentant un axe de bobinage,
- agencement des premières et des deuxièmes bobines réparties le long d'une ligne fermée courbe avec leur axe de bobinage s'étendant selon des bissectrices de ladite ligne courbe fermée, deux premières bobines successives le long de la ligne courbe fermée étant séparées l'une de l'autre par au moins une deuxième bobine, le premier ensemble de premières bobines étant destiné à être relié au premier circuit, le deuxième ensemble de deuxièmes bobines étant destiné à être relié au deuxième circuit.
- provision of a first set of first coils, each first coil being supplied in the form of an individual module having a winding axis,
- provision of a second set of second coils, each second coil being supplied in the form of an individual module having a winding axis,
- arrangement of first and second coils distributed along a closed curved line with their winding axis extending along bisectors of said closed curved line, two first successive coils along the closed curved line being separated one from the other by at least one second coil, the first set of first coils being intended to be connected to the first circuit, the second set of second coils being intended to be connected to the second circuit.
Un tel procédé permet la fabrication d'un dispositif de couplage magnétique selon l'invention et de bénéficier, de ce fait, des avantages qui y sont associés et qui ont été exposés ci-dessus.Such a method allows the manufacture of a magnetic coupling device according to the invention and to benefit, therefore, from the advantages associated with it and which have been explained above.
Selon une possibilité compatible avec l'invention, il est peut-être prévu un connecteur à isolation galvanique destiné à former avec un premier connecteur complémentaire une première connexion électrique offrant une isolation galvanique,
le connecteur à isolation galvanique comprend un premier ensemble de premières bobines présentant chacune un axe de bobinage et étant réparties le long d'une ligne fermée courbe avec leurs axes de bobinage s'étendant selon des bissectrices de ladite ligne fermée, deux premières bobines successives le long de ladite ligne fermée présentant un espace apte à loger une deuxième bobine de l'au moins un connecteur complémentaire.According to a possibility compatible with the invention, a galvanically isolated connector may be provided intended to form with a first complementary connector a first electrical connection offering galvanic isolation,
the galvanically isolated connector comprises a first set of first coils each having a winding axis and being distributed along a curved closed line with their winding axes extending along bisectors of said closed line, two first successive coils along said closed line having a space capable of housing a second coil of the at least one complementary connector.
On notera qu'une telle possibilité de connecteur à isolation galvanique permet de fournir un système de connecteur présentant peu de risque d'usure ceci même à forte puissance puisque la transmission d'énergie est réalisée par induction. De plus, il est particulièrement sécurisé puisqu'il fournit une isolation galvanique. Pour finir, cette connexion sécurisée ne se fait pas au détriment de l'efficience puisque la configuration d'un tel connecteur permet un bon couplage magnétique entre le connecteur et le connecteur complémentaire.It should be noted that such a possibility of a galvanically isolated connector makes it possible to provide a connector system with little risk of wear, even at high power, since the energy transmission is carried out by induction. In addition, it is particularly secure since it provides galvanic isolation. Finally, this secure connection does not come at the expense of efficiency since the configuration of such a connector allows good magnetic coupling between the connector and the complementary connector.
Selon cette possibilité compatible avec l'invention, la ligne fermée peut être une ellipse et est préférentiellement un cercle.According to this possibility compatible with the invention, the closed line can be an ellipse and is preferably a circle.
Selon cette même possibilité, les spires de chaque première bobine peuvent s'étendre selon une forme prédéfinie par exemple en « D » avec la partie verticale du « D », correspondant à une portion interne à la ligne courbe fermée, parallèle à un axe de ladite ligne courbe fermée, et la partie courbe du « D » correspondant à une portion des spires extérieure à la ligne courbe fermée.According to this same possibility, the turns of each first coil can extend in a predefined shape for example in "D" with the vertical part of the "D", corresponding to an internal portion of the closed curved line, parallel to an axis of said closed curved line, and the curved part of the “D” corresponding to a portion of the turns exterior to the closed curved line.
Selon cette possibilité compatible avec l'invention, le connecteur peut être libre de noyau magnétique.According to this possibility compatible with the invention, the connector can be free of magnetic core.
Selon cette possibilité compatible avec l'invention, le connecteur à isolation galvanique peut également être destiné à former avec un deuxième connecteur complémentaire, et simultanément à la première connexion, une deuxième connexion électrique offrant une isolation galvanique,
deux premières bobines successives le long de la ligne fermée présentant un espace apte à loger en outre une troisième bobine du deuxième connecteur complémentaire.According to this possibility compatible with the invention, the galvanically isolated connector can also be intended to form with a second complementary connector, and simultaneously with the first connection, a second electrical connection offering galvanic isolation,
two first successive coils along the closed line having a space capable of further housing a third coil of the second complementary connector.
Cette même possibilité compatible avec l'invention concerne un ensemble de connecteurs à isolation galvanique destiné à la formation d'une première connexion électrique, comprenant :
- un premier connecteur à isolation galvanique selon la possibilité compatible avec l'invention,
- un deuxième connecteur à isolation galvanique selon la possibilité compatible avec l'invention, le deuxième connecteur comportant ainsi un ensemble de deuxièmes bobines en tant qu'ensemble de bobines, le deuxième connecteur à isolation galvanique, complémentaire au premier connecteur à isolation galvanique étant dit connecteur complémentaire, le deuxième connecteur étant agencé de telle manière que lorsqu'il est emboîté dans le premier connecteur, chaque deuxième bobine est logée dans un espace respectif présenté par deux premières bobines successives le long de ladite ligne fermée
- a first connector with galvanic isolation according to the possibility compatible with the invention,
- a second galvanically isolated connector according to the possibility compatible with the invention, the second connector thus comprising a set of second coils as a set of coils, the second galvanically isolated connector, complementary to the first galvanically isolated connector being said connector complementary, the second connector being arranged in such a way that when it is fitted into the first connector, each second coil is housed in a respective space presented by two successive first coils along said closed line
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la
figure 1 illustre le principe d'un dispositif de couplage magnétique selon le principe de l'invention, - la
figure 2 illustre un exemple de mise en œuvre pratique d'un dispositif de couplage magnétique selon l'invention, - la
figure 3 illustre l'agencement en tant que premier connecteur d'un premier ensemble de premières bobines du dispositif de couplage magnétique illustré sur lafigure 2 , - la
figure 4 illustre une première embase du premier connecteur illustré sur lafigure 3 , ladite première embase étant configurée pour accueillir des premiers modules individuels comprenant chacun une première bobine respective - les
figures 5a à 5d illustrent un premier module individuel d'un premier ensemble de bobines illustré sur lafigure 3 , selon respectivement une vue de face, une première vue de côté, une deuxième vue de côté et une vue de dessus de trois quart, le premier module individuel comprenant un support de bobinage et une première bobine et lesfigures 5b, 5c et 5d montrant respectivement l'empilement de spires de la première bobine au niveau d'une première portion interne de cette dernière, l'étalement des spires de la première bobine au niveau d'une deuxième portion externe de cette dernière et les tiges filetés équipant le support de bobinage pour permettre son installation sur la première embase.
- there
figure 1 illustrates the principle of a magnetic coupling device according to the principle of the invention, - there
figure 2 illustrates an example of practical implementation of a magnetic coupling device according to the invention, - there
Figure 3 illustrates the arrangement as a first connector of a first set of first coils of the magnetic coupling device illustrated in thefigure 2 , - there
Figure 4 illustrates a first base of the first connector illustrated on theFigure 3 , said first base being configured to accommodate first individual modules each comprising a first respective coil - THE
figures 5a to 5d illustrate a first individual module of a first set of coils illustrated on theFigure 3 , according to respectively a front view, a first side view, a second side view and a three-quarter top view, the first individual module comprising a winding support and a first coil and thefigures 5b, 5c and 5d respectively showing the stacking of turns of the first coil at the level of a first internal portion of the latter, the spreading of the turns of the first coil at the level of a second external portion of the latter and the threaded rods equipping the winding support to allow its installation on the first base .
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.Identical, similar or equivalent parts of the different figures bear the same numerical references so as to facilitate the transition from one figure to another.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.The different parts represented in the figures are not necessarily on a uniform scale, to make the figures more readable.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.The different possibilities (variants and embodiments) must be understood as not being exclusive of each other and can be combined with each other.
La
On notera que l'invention vise en particulier, et de manière non exclusive, le transfert d'énergie électrique à forte puissance que celle-ci soit de type pulsée (donc intermittente) ou moyenne (c'est-à-dire en continu). On notera que dans le cadre d'un tel transfert, le dispositif de couplage magnétique 1 selon l'invention peut également et de manière optionnelle fournir une fonction de transformation et ainsi permettre une élévation ou un abaissement de tension.It will be noted that the invention aims in particular, and not exclusively, at the transfer of high-power electrical energy, whether of the pulsed (i.e. intermittent) or medium (i.e. continuous) type. . It will be noted that in the context of such a transfer, the
On notera également, que dans la configuration décrite dans le cadre de l'exemple de réalisation qui sera décrit en lien avec les
Un tel dispositif de couplage 1 selon l'invention comporte :
- un
premier ensemble 10 de premières bobines 12a, 12b, 12c... relié aupremier circuit 2, ici en parallèle les unes des autres, un deuxième ensemble 20 de deuxièmes bobines 22a, 22b, 22c... relié au deuxièmecircuit 3, ici en parallèle les unes des autres.
- a
first set 10 of 12a, 12b, 12c... connected to thefirst coils first circuit 2, here in parallel with each other, - a
second set 20 of 22a, 22b, 22c... connected to thesecond coils second circuit 3, here in parallel with each other.
Bien entendu, si les premières bobines 12a, 12b, 12c... sont reliées au premier circuit parallèlement les unes des autres et les deuxièmes bobines 22a, 22b, 22c... sont reliées au deuxième circuit parallèlement les unes des autres, tous types de connexion sont envisageables sans que l'on sorte du cadre de l'invention. Ainsi, une configuration dans laquelle les premières bobines 12a, 12b, 12c... seraient reliées en série et les deuxièmes bobines 22a, 22b, 22c... en parallèle, voire une configuration hybride pour l'un ou les deux ensembles 10, 20 de bobines 12a, 12b, 12c, 22a, 22b, 22c.... Ces différentes configurations de connexion des premières bobines 12a, 12b, 12c... au premier circuit et des deuxièmes bobines 22a,22b, 22c... sont des pratiques usuelles pour l'homme du métier et celui-ci est à même de passer de l'une à l'autre.Of course, if the
Comme cela est montré sur la
Les premières et les deuxièmes bobines 12a, 12b, 12c, 22a, 22b, 22c... sont réparties le long d'une ligne fermée courbe 30 avec leurs axes de bobinage s'étendant selon des bissectrices de ladite ligne courbe fermée 30, deux premières bobines 12a, 12b, 12c... successives le long de la ligne courbe fermée 30 étant séparées l'une de l'autre par au moins une deuxième bobine 22a, 22b, 22c....The first and
On notera que dans le cadre de la présente illustration du principe de l'invention fournie par la
En variante non illustrée, notamment dans le cas où il est prévu que le dispositif de couplage magnétique 1 puisse permettre de connecter le premier circuit 2 à deux deuxièmes circuits 3, deux première bobines 12a, 12b, 12c... successives le long de la ligne courbe fermée 30 peuvent parfaitement être séparées par deux deuxièmes bobines 22a, 22b, 22c..., l'une connectée à l'un des deux deuxièmes circuits 3, l'autre étant connectée à l'autre des deux deuxièmes circuits 3.As a variant not illustrated, in particular in the case where it is planned that the
La ligne courbe fermée 30 est préférentiellement elliptique et est dans le cadre du présent principe de réalisation et de l'exemple de réalisation qui est décrit ci-après, circulaire.The closed
Ainsi avec une telle ligne courbe fermée 30 en forme de cercle, les premières et deuxièmes bobines 12a, 12b, 12c, 22a, 22b, 22c... sont agencées dans une configuration torique autour de la ligne courbe fermée 30 circulaire.Thus with such a closed
Dans le cadre du présent principe de l'invention, chaque première et deuxième bobines 12a, 12b, 12c, 22a, 22b, 22c... présente une forme circulaire. Bien entendu, les premières et deuxièmes bobines 12a, 12b, 12c, 22a, 22b, 22c... peuvent présenter d'autres formes sans que l'on sorte du cadre de l'invention, comme cela est notamment discuté ci-après en lien avec un exemple de réalisation et les
La
- un premier support de bobinage 14a, 14b, 14c... autour duquel est enroulé ladite première bobine 12a, 12b, 12c...,
- la première bobine respective 12a, 12b, 12c....
- un deuxième support de bobinage 24a, 24b, 24c... autour duquel est enroulé ladite deuxième bobine 22a, 22b, 22c...,
- la deuxième bobine respective 22a, 22b, 22c....
- a first winding
14a, 14b, 14c... around which saidsupport 12a, 12b, 12c... is wound,first coil - the first
12a, 12b, 12c....respective coil
- a second winding
24a, 24b, 24c... around which saidsupport 22a, 22b, 22c... is wound,second coil - the second
22a, 22b, 22c....respective coil
Le dispositif de couplage magnétique 1 comprend en outre une première embase 15, illustrée sur la
On peut voir sur la
La deuxième embase 25 présente une configuration identique, ou symétrique par rapport à un plan médian, à celle de la première embase 15 à la différence près que les emplacements, non référencés, sont adaptés pour recevoir les deuxièmes modules individuels 21a, 21b, 21c... et que les emplacements complémentaires, non référencés, sont chacun agencés pour recevoir un premier module individuel 11a, 11b, 11c... respectif.The
Les
- un pied 141 apte à être monté sur la première embase et présentant trois orifices filetés, non référencés, pour permettre un montage sur la première embase 15 à partir de tiges filetées 146 qui y sont visées, et des trois écrous 151 de l'embase 15 montrés sur la
figure 4 , - un montant 142 s'étendant à partir du pied et présentant une empreinte de bobinage 143, apte à accueillir la première bobine 12a correspondante et à en donner la forme lors de son bobinage autour de ladite empreinte, et un passage
de fils 145 pour permettre un passage du fils formant la bobine 12a pour en permettre la connexion au premier circuit.
- a
foot 141 capable of being mounted on the first base and having three threaded orifices, not referenced, to allow mounting on thefirst base 15 from threadedrods 146 which are referred to there, and the threenuts 151 of the base 15 shown on theFigure 4 , - an upright 142 extending from the foot and having a winding
cavity 143, capable of receiving the correspondingfirst coil 12a and giving it its shape when it is wound around said cavity, and awire passage 145 for allow passage of the wires forming thecoil 12a to allow connection to the first circuit.
En outre, le pied 141 et le montant 142 de chaque premier support 14a, 14b, 14c... incluent un circuit de liquide caloporteur, dont seuls les connecteurs d'entrée et de sortie 144a, 144b sont figurés, afin de permettre le refroidissement de la première bobine 12a, 12b, 12c... correspondante. Un tel circuit de liquide caloporteur forme un système de dissipation thermique.In addition, the
On notera qu'un tel circuit de liquide caloporteur est un exemple de système de dissipation thermique particulièrement avantageux dans le cadre du présent exemple de réalisation de l'invention. Bien entendu d'autres types de système dissipation thermique qu'un circuit de liquide caloporteur sont envisageable sans que l'on sorte du cadre de l'invention. Le système peut ainsi, par exemple, comporter, en lieu est place du circuit de liquide caloporteur, un dissipateur/radiateur métallique à ailettes éventuellement couplé à un ventilateur.It will be noted that such a heat transfer liquid circuit is an example of a particularly advantageous heat dissipation system in the context of the present embodiment of the invention. Of course other types of heat dissipation system than a heat transfer liquid circuit are possible without departing from the scope of the invention. The system can thus, for example, include, instead of the heat transfer liquid circuit, a metal heatsink/radiator with fins possibly coupled to a fan.
Selon cet exemple de réalisation, un tel circuit de liquide caloporteur est destiné à être connecté à un système de refroidissement à eau, l'eau dudit circuit formant alors le liquide caloporteur. Pour permettre une telle connexion, le circuit de liquide caloporteur peut comprendre les connecteurs d'entrée et de sortie 144a, 144b passant par les deux passages 152 de la première embase 15, comme illustré sur la
Comme indiqué plus haut, l'empreinte est conformée pour donner la forme à la première bobine 12a lors de son bobinage sur le support de bobinage 14a. On peut ainsi voir sur les
Avec un tel agencement, la partie des spires comprise dans la première portion interne 13a permet un couplage magnétique optimisé tandis que la partie des spires 13 comprise dans la deuxième portion externe 13b, participe au confinement du champ magnétique. De ce fait et afin d'optimiser le transfert et le confinement du champ magnétique, les spires 13 de chaque première bobine 12a, 12b, 12c... peuvent :
- s'étendre sur la première
portion 13a selon une direction sensiblement perpendiculaire à un plan de la ligne courbe fermée 30, et - s'étendre, sur leur deuxième
portion 13b et de manière avantageuse, selon une ligne courbe, préférentiellement en arc de cercle, autour de la ligne courbe fermée.
- extend over the
first portion 13a in a direction substantially perpendicular to a plane of the closedcurved line 30, and - extend, on their
second portion 13b and advantageously, along a curved line, preferably in an arc of a circle, around the closed curved line.
Ainsi les spires 13 de chacune des première bobines 12a, 12b, 12c... peuvent présenter une forme en « D » avec la partie verticale du « D, » correspondant à la première portion interne 13a, parallèle à un axe de la ligne courbe fermée 30 (ici à l'axe du cercle), et la partie courbe du D correspondant à la première portion extérieure 13b des spires 13. Avec une telle configuration, on obtient un transfert particulièrement optimisé avec un arrangement du dispositif de couplage magnétique 1 particulièrement compact. On peut en effet, voir sur la
Afin d'optimiser le transfert d'énergie, les premières bobines 12a, 12b, 12c..., comme les deuxièmes bobines 22a, 22b, 22c... peuvent être bobinées avec un fil de litz dont la configuration est adaptée aux conditions de transfert d'énergie électrique envisagées entre le premier et le deuxième circuit 2, 3 et notamment la fréquence de modulation de la tension utilisée dans le cadre du présent transfert.In order to optimize energy transfer, the
Les deuxièmes modules individuels 21a, 21b, 21c... comprenant donc chacun un deuxième support de bobinage 24a, 24b, 24c et une deuxième bobine 22a, 22b, 22c..., pour les mêmes raisons que les premiers modules individuels 11a, 11b, 11c... et pour optimiser le couplage magnétique entre les premières et deuxièmes bobines 12a, 12b, 12c, 22a, 22b, 22c..., présentent une forme similaire à celle des premiers modules individuels 11a, 11b, 11c....The second
Ainsi et en particulier, dans le cadre du présent exemple de réalisation, les spires de chacune des deuxièmes bobines 22a, 22b, 22c... peuvent présenter une forme en « D » avec la partie verticale du « D, » correspondant à la portion interne, parallèle à un axe de la ligne courbe fermée 30 (ici à l'axe du cercle), et la partie courbe du D correspondant à la portion extérieure des spires 13.Thus and in particular, in the context of the present exemplary embodiment, the turns of each of the
On notera que dans la cadre du présent exemple de réalisation, le premier ensemble 10 de premières bobines 12a, 12b, 12c... et le deuxième ensemble 20 de deuxièmes bobines 22a, 22b, 22c... sont agencés emboîtés l'un dans l'autre. De cette manière, selon une possibilité avantageuse compatible avec l'invention, le premier ensemble 10 de premières bobines 12a, 12b, 12c... forme un premier connecteur et le deuxième ensemble 20 de deuxièmes bobines 22a, 22b, 22c... forme un deuxième connecteur apte à être emboîté dans le premier connecteur.It will be noted that in the context of the present exemplary embodiment, the
Il est donc envisageable, dans le cadre de l'invention et de cette possibilité compatible avec l'invention, qu'un dispositif de couplage magnétique soit fourni en deux parties. Selon cette possibilité, la première partie, comprenant le premier ensemble 10 de premières bobines 12a, 12b, 12c..., peut être disposé en un emplacement de recharge, tel qu'un entrepôt ou une zone de stationnement pour un véhicule à recharger, et le deuxième ensemble 20 de deuxième bobines 22a, 22b, 22c... peut équiper le véhicule à recharger. Dans une telle configuration, le premier ensemble 10 est connecté à un circuit de rechargement et le véhicule à recharger est un véhicule à propulsion électrique, tels qu'une voiture électrique, un drone aérien ou sous-marin, ou encore un aéronef.It is therefore possible, within the framework of the invention and this possibility compatible with the invention, that a magnetic coupling device is supplied in two parts. According to this possibility, the first part, comprising the
Ainsi, lors du stationnement d'un tel véhicule, le deuxième ensemble 20 peut être emboîté dans le premier ensemble 10 de manière à permettre un couplage magnétique entre les premières bobines 12a, 12b, 12c... et les deuxièmes bobines 22a, 22b, 22c... On notera que comme montré sur la
Le présent dispositif de couplage magnétique 1 selon l'invention peut être fabriqué à partir d'un procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes :
- fourniture d'un
premier ensemble 10 de premières bobines 12a, 12b, 12c..., chaque première bobine 12a, 12b, 12c... étant fournie sous forme d'un module individuel présentant un axe de bobinage, - fourniture d'un deuxième
ensemble 20 de deuxièmes bobines 22a, 22b, 22c..., chaque deuxième bobine 22a, 22b, 22c... étant fournie sous forme d'un module individuel présentant un axe de bobinage, - agencement des premières et des deuxièmes bobines 12a, 12b, 12c,22a, 22b, 22c... réparties le long d'une ligne fermée courbe 30 avec leurs axes de bobinage s'étendant selon des bissectrices de ladite ligne courbe fermée 30, deux premières bobines 12a, 12b, 12c... successives le long de la ligne courbe fermée 30 étant séparées l'une de l'autre par au moins une deuxième bobine 22a, 22b, 22c..., le
premier ensemble 10 de premières bobines 12a, 12b, 12c... étant destiné à être relié aupremier circuit 2, le deuxièmeensemble 20 de deuxièmes bobines 22a, 22b, 22c... étant destiné à être relié au deuxièmecircuit 3.
- provision of a
first set 10 of 12a, 12b, 12c..., eachfirst coils 12a, 12b, 12c... being supplied in the form of an individual module having a winding axis,first coil - provision of a
second set 20 of 22a, 22b, 22c..., eachsecond coils 22a, 22b, 22c... being supplied in the form of an individual module having a winding axis,second coil - arrangement of the first and
12a, 12b, 12c, 22a, 22b, 22c... distributed along a closedsecond coils curved line 30 with their winding axes extending along bisectors of said closedcurved line 30, two first 12a, 12b, 12c... along the closedsuccessive coils curved line 30 being separated from one another by at least one 22a, 22b, 22c..., thesecond coil first set 10 of 12a, 12b, 12c... being intended to be connected to thefirst coils first circuit 2, thesecond set 20 of 22a, 22b, 22c... being intended to be connected to thesecond coils second circuit 3.
On notera que, selon le présent exemple de réalisation, dans le cas où le premier et le deuxième ensemble 10, 20 forment respectivement un connecteur et un connecteur complémentaire, l'agencement peut se faire en trois étapes :
- agencement des premières bobines 12a, 12b, 12c... réparties le long d'une ligne fermée courbe 30 avec leurs axes de bobinage s'étendant selon des bissectrices de ladite ligne courbe fermée 30, deux premières bobines 12a, 12b, 12c... successives le long de la ligne courbe fermée 30 étant séparées l'une de l'autre par un espace destiné à recevoir au moins une deuxième bobine 22a, 22b, 22c..., lesdites premières bobines 12a, 12b, 12c... formant un
premier ensemble 10 de premières bobines 12a, 12b, 12c..., - agencement des deuxièmes bobines 22a, 22b, 22c... réparties le long d'une ligne fermée courbe 30 avec leurs axes de bobinage s'étendant selon des bissectrices de ladite ligne courbe fermée 30, chaque deuxième bobine 22a, 22b, 22c... étant agencée le long de la ligne courbe fermée 30 de telle manière à pouvoir être accueillie dans un espace séparant deux premières bobines 12a, 12b, 12c..., lesdites deuxièmes bobines 22a, 22b, 22c... formant
un deuxième ensemble 20 de deuxièmes bobines 22a, 22b, 22c..., - connexion du premier et du deuxième ensemble à respectivement le premier et le deuxième
2, 3 de manière à former le dispositif de couplage magnétique 1 connectant l'un à l'autre un premier et un deuxièmecircuit 2, 3.circuit
- arrangement of the
12a, 12b, 12c... distributed along a closedfirst coils curved line 30 with their winding axes extending along bisectors of said closedcurved line 30, two 12a, 12b, 12c... successive along the closedfirst coils curved line 30 being separated from each other by a space intended to receive at least one 22a, 22b, 22c..., saidsecond coil 12a, 12b, 12c... forming afirst coils first set 10 of 12a, 12b, 12c...,first coils - arrangement of
22a, 22b, 22c... distributed along a closedsecond coils curved line 30 with their winding axes extending along bisectors of said closedcurved line 30, each 22a, 22b, 22c... . being arranged along the closedsecond coil curved line 30 in such a way as to be accommodated in a space separating two 12a, 12b, 12c..., saidfirst coils 22a, 22b, 22c... forming asecond coils second set 20 22a, 22b, 22c...,second coils - connection of the first and the second set to respectively the first and the
2, 3 so as to form thesecond circuit magnetic coupling device 1 connecting a first and a 2, 3 to each other.second circuit
Claims (10)
les spires (13) de chaque deuxième bobine (22a, 22b, 22c...) étant agencées avec, sur une deuxième portion interne à la ligne courbe fermée (30), un empilement de spires (13) selon une direction sensiblement perpendiculaire à la bissectrice de la ligne courbe fermée (30), et sur une deuxième portion (13b) externe à la ligne courbe fermée (30), un étalement de spires le long de la ligne courbe fermée (30).Magnetic coupling device (1) according to claim 1 or 2, in which the first and second coils (12a, 12b, 12c..., 22a, 22b, 22c...) each comprise a plurality of turns (13 ), the turns (13) of each first coil (12a, 12b, 12c...) being arranged with, on a first internal portion (13a) at the closed curved line (30), a stack of turns (13) according to a direction substantially perpendicular to the bisector of the closed curved line (30), and on a first portion external (13b) to the closed line, a spreading of turns (13) along the closed curved line (30),
the turns (13) of each second coil (22a, 22b, 22c...) being arranged with, on a second portion internal to the closed curved line (30), a stack of turns (13) in a direction substantially perpendicular to the bisector of the closed curved line (30), and on a second portion (13b) external to the closed curved line (30), a spreading of turns along the closed curved line (30).
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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EP22305579.9A EP4266332A1 (en) | 2022-04-20 | 2022-04-20 | Magnetic coupling device and method for manufacturing such a magnetic coupling device |
PCT/EP2023/059987 WO2023203016A1 (en) | 2022-04-20 | 2023-04-18 | Magnetic coupling device and process for manufacturing such a magnetic coupling device |
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ID=81579753
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP22305579.9A Pending EP4266332A1 (en) | 2022-04-20 | 2022-04-20 | Magnetic coupling device and method for manufacturing such a magnetic coupling device |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP4266332A1 (en) |
WO (1) | WO2023203016A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5463303A (en) * | 1993-11-02 | 1995-10-31 | Hughes Aircraft Company | Multilayer separate windings of inductive charge coupler for automobile battery charging transformer |
US20170330670A1 (en) * | 2016-05-13 | 2017-11-16 | Wally E. Rippel | Liquid cooled magnetic element |
EP3622544A1 (en) * | 2017-05-09 | 2020-03-18 | The University of Durham | Superconducting magnet |
-
2022
- 2022-04-20 EP EP22305579.9A patent/EP4266332A1/en active Pending
-
2023
- 2023-04-18 WO PCT/EP2023/059987 patent/WO2023203016A1/en unknown
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5463303A (en) * | 1993-11-02 | 1995-10-31 | Hughes Aircraft Company | Multilayer separate windings of inductive charge coupler for automobile battery charging transformer |
US20170330670A1 (en) * | 2016-05-13 | 2017-11-16 | Wally E. Rippel | Liquid cooled magnetic element |
EP3622544A1 (en) * | 2017-05-09 | 2020-03-18 | The University of Durham | Superconducting magnet |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
HASHIMOTO KAZUKI ET AL: "Equivalent circuit of interleaved air-core toroidal transformer derived from analogy with coupled transmission lines", IEICE ELECTRONICS EXPRESS, vol. 17, no. 21, 10 November 2020 (2020-11-10), pages 20200262 - 20200262, XP055970382, Retrieved from the Internet <URL:https://www.researchgate.net/profile/Takashi-Hikihara/publication/347232268_Equivalent_circuit_of_interleaved_air-core_toroidal_transformer_derived_from_analogy_with_coupled_transmission_lines/links/617ff2fa3c987366c312294d/Equivalent-circuit-of-interleaved-air-core-toroidal-transformer-derived-from> [retrieved on 20221014], DOI: 10.1587/elex.17.20200262 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2023203016A1 (en) | 2023-10-26 |
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