190 – ワイヤレス給電装置の位置最適化解析

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アプリケーションノート・モデルデータ

概要

ワイヤレス給電装置は、かつては近接型と、電波を利用した遠距離型の2種類しか存在しませんでした。しかし、近年、中距離型ともいえる仕組みが生み出され、送電装置と受電装置が離れた状態でも高効率電力伝送が可能になってきました。既に商用化されている携帯電話などの充電装置から始まり、自動車や工作機械などの大型製品に関する充電の研究も進められています。
電力電送において、まず送電装置に電流を通電送において、まず送電装置に電流を通電します。その結果、磁束が発生し、受電装置のコイルに磁束が鎖交することにより電磁誘導現象を利用して、電力が伝送されます。また、交番磁束を発生した際に、受電装置のコイルが共振状態となることでも電力が伝送されます。
ここでは、簡易的な磁気共鳴型のワイヤレス給電装置について、送電側コイルの形状(ここでは、位置決めの角度)に対して、最適解を求める手順を紹介します。最適化の手順と結果評価の流れを端的に示す機能紹介資料としてワイヤレス給電装置以外のアプリケーションの方もご参考ください。

効率

最適化により計算された傾きに対する効率を図1に示します。
傾きが大きくなるにつれ、効率が下がっていることが分かります。

結合係数

送電側コイルと受電側コイルの結合度である結合係数が悪くなると効率も悪くなります。傾きに対する結合係数を図2に示します。傾きが大きくなるにつれ結合係数が小さくなっています。図3に傾きに対する相互インダクタンスを示します。相互インダクタンスも傾きが大きくなるほど減少しているのが分かります。これは図4に示すように、受電側コイルへの鎖交磁束が減少しているからです。

磁束線

図5に受電側コイルの傾きが0度と30度の時の磁束線を示します。位相は、送電側コイルの電流が最大値となる位相90度で磁束線を確認しています。
傾きが生じる受電側コイルを赤丸で囲みました。0度と30度の時を比較すると、30度の時にコイルが磁束線外にあることが分かります。そのため、受電側コイルに鎖交する磁束が減少します。傾きが生じるモデルを作成する場合は、キャパシタンス等を調整することが必要であるといえます。

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