実験名
大地の条件を考慮した容量結合型単線ワイヤレス給電システムのモデリング
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、システムの共振周波数、単線の長さ、負荷を変え、負荷が得られる電力を観察します。
実験目的
回路モデルとCST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 | 33220A |
パワーアンプ | Aigtek ATA-122D |
アルミ板 | 直径200mm、2枚 |
インダクタ | 470μH、1個 |
銅線 | 半径1mm、長さ0.4/0.4/0.6m |
抵抗 | 200／500／600Ω |
実験手順
実験では2枚のアルミ板の間隔を3mmとし、アンプの出力電圧を調整可能なLCLC回路を介して下側のアルミ板に接続し、周波数が変わってもアルミ板への入力電圧が振幅100Vに保たれるようにしました。上側のアルミ板はインダクタと負荷を経て銅線に接続しますが、銅線の先には何も接続せず宙に浮かせており、大地を介してループを形成して負荷に給電します。大地は良導体ではないため、システムの効率はあまり高くありません。
実験結果
単線の容量結合型ワイヤレス給電は、一見ループがないように見えても、実際には大地とループを形成して動作することが分かりました。負荷が得る電力は場所によって異なり、システムが共振しているときに負荷は最大電力を得ます。
表1：理論モデル、シミュレーションおよび実験の結果
パラメータ | Case I | Case II | Case III |
|---|---|---|---|
部品を含む単線の全長 l | 0.43m | 0.53m | 0.63m |
理論結果 | |||
単線と大地間の等価容量 Cw | 5.26pF | 6.38pF | 7.48pF |
単線のインダクタンス Lw | 0.608μH | 0.806μH | 0.958μH |
等価接地抵抗（1〜10MHz）Rg | 628.75〜616.60Ω | 510.12〜500.26Ω | 429.15〜420.85Ω |
共振周波数 f | 3.29MHz | 3MHz | 2.78MHz |
最大出力電圧 VLmax（振幅／ピーク） | 42.83V | 47.78V | 51.87V |
CSTシミュレーション結果 | |||
共振周波数 f | 3.3MHz | 3MHz | 2.79MHz |
最大出力電圧 VLmax（振幅／ピーク） | 41.84V | 46.18V | 49.44V |
実験結果 | |||
共振周波数 f | 3.3MHz | 3.05MHz | 2.8MHz |
最大出力電圧 VLmax（振幅／ピーク） | 39.5V | 42.5V | 45V |
