139 – 磁界共鳴現象を利用した送電特性解析

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概要

近年新しいワイヤレス送電技術として、電磁共鳴方式が注目されています。電磁共鳴方式では、従来広く実用化されている近距離送電技術である電磁誘導方式と異なり、送電側と受電側のコイルの軸を合わせる必要がなく、数メートルの距離を高い効率で送電することが期待できます。送電側と受電側を共鳴させて送電するには、利用する周波数によってコイル形状や回路を最適なものに設計する必要があります。
送電側と受電側の間に広がる空間にどのように磁界が発生し、電力を送電するのかを計測で視覚化することは困難です。そこで、解析により送電状態を再現し、最適なコイル設計の一助とします。
ここでは、電力伝送効率と磁束密度分布を確認します。

電力伝送効率

送受コイル間の距離を変えた場合の電力伝送効率グラフを図1、図2に示します。
図1より、コイル間距離が200(mm)~275(mm)では、共振周波数17.5 (MHz)の両側に2箇所のピークが出ており、ほぼ100(%)の伝送効率が得られていることがわかります。コイル間距離が300(mm)では、ピークが1箇所にまとまり共振周波数と等しくなります。図2より、コイル間距離が325(mm)~400(mm)になると、ピーク時でも伝送効率が100 (%)とならず、効率が落ちることがわかります。これより、共振周波数17.5(MHz)における電力伝送の最適な距離は、およそ300(mm)であることが分かります。

磁束密度分布

送受コイル間の距離を200(mm)、300(mm)、400(mm)とした場合の、17.0(MHz)、17.5(MHz)、18.0(MHz)における磁束密度分布(振幅)を図3に示します。
図より、送受コイル間の距離ごとに、電力伝送効率がよい周波数にて受電側コイル付近の磁束密度が大きくなっていることが分かります。また、JMAGでは磁界の大きさを表示させることも出来ます。

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