移動型非接触給電の受電部定数による特性変化 - 埼玉大学

4-219
平成 19 年電気学会全国大会
移動型非接触給電の受電部定数による特性変化
岩田卓也＊，松下真也，金子裕良，阿部茂 (埼玉大学)
Characteristics Change of Contactless Power Transfer System by Pick-up Parameters
Takuya Iwata, Shinya Matsushita, Yasuyoshi Kaneko, Shigeru Abe (Saitama University)
I'1 - jx's
1．はじめに
非接触給電装置の二次側に並列共振コンデンサを一次側
に直列共振コンデンサを設置し、これらを適切な値にする
とコンデンサを含む等価回路は理想トランスとほぼ等価に
なる(1)(2)。本方式では、給電効率の最大値、その時の負荷抵
抗の値、一次二次の電圧比などの主要な特性が受電部定数
から簡単に計算できる。受電部定数(巻数比、鉄心長、二次
巻線抵抗)を変えた時の給電効率や一次二次の電圧比など
の特性変化を調べたので報告する。
VIN'
r1’ jx'1
V'1
jx2
I2
V2
r2
IP
- jxp
jx0'
Z
IL
RL
Fig.1 Detailed equivalent circuit
2．移動型非接触給電システム
Fig.2 Pick-up coils (a) #1~5,7
(b) #6
Table.1 Parameter of pick-ups
図１に詳細等価回路を示す。給電線は周波数 f0=20kHz の
方形波インバータ電源で駆動し、電源と給電線の間に直列
共振コンデンサ CS を、受電部端子に並列共振コンデンサ
CP を設置し、負荷は等価抵抗 RL で表す。x0, x1, x2 は励磁お
よび漏れリアクタンスを、r1, r2 は巻線抵抗を、a (=N1/N2)は
巻数比を表し、一次側諸量は二次側に換算し´を付けて表す。
CP, CS を(1)式の値に決め、r1, r2 を省略した簡略等価回路
で計算すると、図１の Z, V2, IL は(2)(3)式で表され、巻数比 b
の理想トランスと等価となる。
1
1
x x '
...(1)
= x p = x 0 '+ x 2
= xs ' = x1 '+ 2 0
ω0C p
ω 0C s
x0 '+ x2
Z = b RL
2
b = x 0 ' ( x 0 '+ x 2 )
#1
160
6
0.0105
0.044
0.33
2.06
0.086
21.6
1.55
#2
160
4
0.0104
0.028
0.33
0.94
0.086
21.7
3.44
#3
160
9
0.0104
0.083
0.34
4.30
0.082
21.7
0.73
#4
80
6
0.0104
0.029
0.34
1.18
0.048
22.0
2.75
#5
320
6
0.0107
0.083
0.32
3.60
0.157
20.8
0.86
#6
160
6
0.0106
0.026
0.35
0.47
0.073
22.3
2.55
#7
160
6
0.0104
0.082
0.33
2.32
0.086
21.5
1.47
サンプル
VIN[V]
V2[V]
P1[W]
#1
#2
#3
#4
#5
#6
#7
10.0
97.8
212
10.0
66.7
114
10.0
142
435
10.0
98.5
234
10.0
96.0
198
10.0
69.9
112
10.0
102
245
P2[W]
η[%]
191
90.2
89
78.3
401
92.1
194
83.1
184
93.2
98
87.1
209
85.4
力率[%]
RLm[Ω]
最大η[%]
100
100
100
100
100
99.2
100
25.1
92.3
9.48
91.0
57.5
92.7
17.6
89.2
32.8
94.0
14.0
92.9
20.2
89.8
Table.2 Calculation result
...(2)
...(3)
I 2 = bI 1 '
V 2 = V IN ' b
給電効率 η は(4)式で、これが最大となる抵抗 RLm の値と、
そのときの最大効率 ηm は(5)式で近似できる。
...(4)
1
η≅
2
r ' ( x '+ x )
r2 R L
1 + 1 0 22 +
R L x0 '
( x 0 '+ x 2 ) 2
サンプル
長さ
巻数(1/a)
r1[Ω]
r2[Ω]
x1[Ω]
x2[Ω]
x0[Ω]
Cs[µH]
CP[µH]
図２に受電部の形状を示す。鉄心はフェライトコア(TDK
PE22 EE80×76×20)を、巻線はリッツ線(φ0.25mm×24)を
給電線は 16 並列で、二次巻線は#1~6 は 2 並列で#7 は単線
で巻いた。各種受電部の定数測定結果を表１に示す。
(2) 鉄心長 #1,4,5 は鉄心長を 80,160,320mm と変えた結
果である。x0, x2, r2 が変化する。鉄心長が増すと η は良くな
るが、二次電圧 V2 に大きな変化はない。
(3) 二分割巻と集中巻 #1, 6 より集中巻きで x2 が大きく減
少し、x0 が少し減少する。また b が増加し V2 が下がる。η
は RL=50Ω では下がるが、最適な RLm では上がる。
(4) 負荷抵抗 RLm 負荷抵抗 RL が最適な値 RLm と離れてい
るとすると効率 η がかなり下がるので注意が必要である。
本方式では VIN に比べ V2 が大きくなる課題があるが、受
電部の数 n が増加すると、一受電部の電圧は 1/n となる。給
電線の巻数 N1 を増やす、高周波トランスを入れる等、イン
バータ出力電圧と効率を上げる方法を検討したい。
4．特性計算結果
５．むすび
図１の詳細等価回路で入力電圧 VIN=10V 、負荷抵抗
RL=50Ω で二次電圧 V2、入力電力 P1、負荷電力 P2、効率 η、
Z の力率を計算した結果を表２に示す。
(1) 巻数比 #1,2,3 は二次巻数(1/a)を 4,6,9 と変えた結果で
ある。r2 が巻数に、x2 がその二乗に比例して増加する。x0,
r1 に変化はないが a が変化し x0', r1'は大きくなる。#2 の η
が悪いが、RL=50Ω と最適な RLm の差が原因である。二次巻
数が増すと η は良くなり、二次電圧 V2 が上がる。
非接触給電の受電部定数による特性変化を調べた。最大
効率の式とその時の等価抵抗の値は重要で、受電部の形状
や巻線方法を決めるのに役立つ。効率を上げるには、給電
線と二次巻線の抵抗を減らし、鉄心長を長くし、許容二次
電圧まで二次巻数を増やすことである。
RLm =
( x0 '+ x2 ) 2
x0 '
r1 '
r2
η =
1
1 + 2 r1 ' r2 x 0 '
...(5)
給電効率 η は a, r1, r2, x0 で決まり、一次二次の電圧比は、
巻数比 a と b (x0 と x2 )で決まる。
3．受電部
2007/3/15 〜 17　富山
文
献
(1)藤田・金子・阿部：電学研資，SPC-06-46，pp.53-58(2006)
(2)松下･及川･岩田･金子･阿部：電学研資，SPC-07-29(2007)
-360(第 4 分冊)
©2007
IEE Japan

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