実験名
接地を考慮した容量結合型ワイヤレス電力伝送システム
研究分野
ワイヤレス電力伝送
実験内容
システムの回路パラメータを固定した条件で、4枚の金属板の接地条件を変え、システムの出力特性の変化を観察します。具体的には次の2点です。
接地方法の違いによる、負荷の出力電圧と負荷抵抗値の関係
ある接地方法における、負荷の出力電圧と、接地していない金属板の対地静電容量の関係
実験目的
理論解析およびシミュレーション結果の正しさを検証します。
使用機器
機器 | 型番・仕様 |
|---|---|
信号発生器 | Agilent 33220A |
パワーアンプ | Aigtek ATA-122D |
アルミ板 | 300mm×300mm、4枚 |
抵抗 | 0.5kΩ／1kΩ／2kΩ、数本 |
実験手順
図1に示すように、容量結合型ワイヤレス電力伝送システムの実験プラットフォームは、高周波の信号源を生成する信号発生器33220A、信号発生器の出力信号を増幅する広帯域パワーアンプAigtek ATA-122D、300mm×300mmのアルミ板2組、および数本の抵抗（0.5kΩ、1kΩ、2kΩ）で構成されています。
アルミ板1と3の垂直方向の間隔は10mm、アルミ板1と2の水平方向の間隔は100mmです。実験では、アルミ板1と2をパワーアンプの出力に、アルミ板3と4を抵抗に接続し、アルミ板1と2の間の電圧を20Vrms@1MHzに設定しました。
測定機器を通じていずれかの金属板が直接接地されることを避けるため、信号発生器とパワーアンプは絶縁トランスを介して給電し、実験に使用したオシロスコープはハンドヘルドオシロスコープKeysight U1620Aとしました。実験上必要な場合は、金属板を電線で接地しています。接地線はコンセントの接地端子から取っています。
実験結果
表1：接地方法の違いによる負荷電圧と負荷抵抗の関係（負荷電圧、単位：V）
接地方法 | RL=0.5kΩ | RL=1kΩ | RL=2kΩ |
|---|---|---|---|
金属板を接地しない | 2.718 | 5.059 | 8.021 |
金属板2を接地 | 2.996 | 5.595 | 8.864 |
金属板4を接地 | 2.789 | 4.938 | 7.060 |
金属板2と4を接地 | 5.292 | 9.073 | 12.491 |
金属板2と3を接地 | 0.099 | 0.165 | 0.222 |
注：供給電圧（パワーアンプATA-122Dの出力電圧）は20Vrms、周波数1MHzで一定としています。
表2：負荷抵抗ごとの、負荷電圧と非接地金属板の対地静電容量の関係（負荷電圧、単位：V）
対地静電容量 | RL=0.5kΩ | RL=1kΩ | RL=2kΩ |
|---|---|---|---|
金属板1・3とも外付け対地容量なし | 5.211 | 8.978 | 12.504 |
金属板1に外付け対地容量あり | 5.259 | 9.041 | 12.648 |
金属板3に外付け対地容量あり | 4.550 | 6.478 | 7.499 |
金属板1・3とも外付け対地容量あり | 4.662 | 6.654 | 7.733 |
注：供給電圧（パワーアンプATA-122Dの出力電圧）は20Vrms、周波数1MHzで一定とし、金属板2と4は接地、外付けの対地容量は100pFです。
本実験におけるアンプの役割
制御電圧源
本アンプを選定した理由
周波数帯域が広く、大出力で出力波形が良好であり、操作が簡単で、さまざまな信号発生器と組み合わせて使用できるためです。
