[JAC113] コア対向型のワイヤレス給電装置の送電特性解析

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概要

ワイヤレス給電装置は電磁誘導現象を利用することで、直接に接触をせずに電力を供給できる装置です。移動機器や回転体への給電や密閉された空間に設置された機器への給電など様々な用途で使われています。1次側と2次側が接触しないという構造上、それらの位置関係によって伝送効率や漏れ磁束が変化します。したがって、設計においては位置ずれに対する性能変化の把握が課題となります。
1次側と2次側が間隙によって分離された変圧器の性能を評価するにあたり、部品形状や相対位置を精度良くモデル化することが可能で、1次側から生じる磁束が2次側へと伝わる磁束の漏れを視覚化できる、有限要素法に基づく磁界解析は有用となります。
ここでは、磁束の流れを示すと共に、給電線の位置を基準位置から水平方向および垂直方向に移動させた場合の送電効率を求めます。

垂直距離-送電効率特性

1次側と2次側の垂直距離を変化させた場合の磁束密度分布を図1、垂直距離-送電効率特性を図2に示します。図1より、垂直距離に応じて漏れ磁束が増加し、2次側コア内部の磁束が減少している様子が分かります。図2より、垂直距離2(mm)の場合に最大効率の約80(%)が得られる事が分かります。また、単純に垂直距離の増加が2次巻線鎖交磁束減少の原因となるため、効率はほぼ線形的に減少します。

水平距離-送電効率特性

1次側と2次側の垂直距離を2(mm)とし、水平距離を変化させた場合の磁束密度分布を図3、水平距離-送電効率特性を図4に示します。 図3より、水平距離に応じて2次側コアの左側の磁束が減少しており、水平距離10(mm)の場合、2次巻線を鎖交しない流路ができています。図4より、効率が非線形的に減少していることが分かります。これは、2次巻線鎖交磁束減少の原因が距離だけでなく磁束の流れ方の変化によるためです。

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