ここから本文です

ワイヤレス給電(無線給電、非接触電力伝送)について。 今私は学生で、磁界共鳴方...

kur********さん

2016/2/718:41:14

ワイヤレス給電(無線給電、非接触電力伝送)について。
今私は学生で、磁界共鳴方式で実験を行っています。

そこで、調相結合の原理から、共振器は別に二次側だけで良く、
その方が駆動周波数を調節する場合には距離による二次側共振周波数の変化を追従しやすい。
ということを学びました。

この単に伝送する磁場を二次側共振周波数に合わせることで磁界を引き込みやすくして、伝送距離を延ばす調相結合の原理と、「送電・受電側の共振器が共鳴する」などと表現される磁界共鳴方式は、何が違うのですか?

Wikipediaでは、共鳴磁場を形成すると書いてありますが、そんなもの存在するのですか?
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9D%9E%E6%8E%A5%E8%A7%A6%E9%9B%BB%...

また先日「磁界の共鳴なんてなく、単に共振器を一次側にも使うかどうかの定義の違いだ」
のような説明をされている記事を見つけ、混乱しています。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9D%9E%E6%8E%A5%E8%A7%A6%E9%9B%BB%...

一つ目の質問は、磁界共鳴方式は調相結合そのものではないのか?ということです。

もう一つ質問があります。
二つの共振コイル間の相互インダクタンスによって、
二次側共振回路の共振周波数が距離によって変化するのは分かるのですが、
一次側が変化しないのは何故ですか?
相互インダクタンスは一次側にも影響して、
距離によって一次側共振周波数を変化するんじゃないの?
と思ってしまうのですが・・
数年前に相互インダクタンスの授業がありましたが、自分は何か大きな勘違いをしているような気がします・・・
基礎的な質問になってしまって申し訳ありません。

よろしくお願いいたします。

閲覧数:
661
回答数:
1
お礼:
100枚

違反報告

ベストアンサーに選ばれた回答

アバター

ID非公開さん

編集あり2016/2/1405:41:19

磁界共鳴場(磁界共鳴フィールド)を音叉の共鳴に例えて説明するホームページが溢れています。ついついそう思い込まされてしまいますが、疑ったほうがいいです。
何か特別なことが起きていると思ってたくさんの方が理論解析をして、電界共鳴もやりました。磁界共鳴もやりました。電界と磁界とを同時に使ったり周波数を変えたりすると何か特別な現象が起きるのかと思ってやりました。でも従来の電気工学、電磁気学を超えるような何か新しいものは全く出てこなかったです。つまり磁界共鳴フィールドも電界磁界共鳴フィールドもなかったということです。
しかし何も得なかったわけではなく、電界は電界で、磁界共振は磁界共振で、なんとか従来理論の延長で実用化できそうなものが出来てきたというのは成果かもしれません。
磁界共振の定義:
乱れていますね。一次側と二次側との双方に共振構造を持つものとして、WiTricityタイプの磁界共振があります。
WiTricityタイプの磁界共振:
一次側の共振周波数設定をL1、C1としてf1=1/2π√(L1・C1)とし、
二次側の共振周波数設定をL2、C2としてf2=1/2π√(L2・C2)とし、
f1=f2として共鳴させるものです。音叉の共鳴に例えられます。ロバスト性が非常に悪いです。
別の磁界共振として、
調相結合タイプの磁界共振:
一次側の共振周波数設定をL1、C1としてf1=1/2π√(L1・C1)とし、
二次側の共振周波数設定をL2、C2としてf2=1/2π√((1-k^2)L2・C2)とし、
f1=f2として共鳴させるものです。音叉の共鳴には例えられません。
f2=1/2π√((1-k^2)L2・C2)に共振させるというのは調相結合にするということです。これは非常にうまく電力伝送できます。
ならば、
調相結合だけを使ったものは磁界共振と呼べるか?
二次側の共振周波数設定をL2、C2としてf2=1/2π√((1-k^2)L2・C2)とし、
一次側のコイルをf2で駆動する調相結合も磁界共振の一種なのかという疑問が湧きますね。これも非常にうまく電力伝送できますから、これも磁界共振の一種としていいのではないですか?というか磁界共振の本質って、本当はこっちなのじゃないですか?

二次側の共振周波数だけが変わる理由はなぜかというと、三端子等価回路を駆動する側のインピーダンスはゼロですが、負荷側のインピーダンスはゼロではありません。ですから三端子等価回路の左右で条件が異なるからです。
http://www.tlm.co.jp/web/gijyutu/leakage/image006.gif
この図で二次側の合成インダクタンスが(1-k^2)L2になります。
一次側の共振器も給電コイルL11と一次側共振コイルL12に分かれている場合、給電コイルと一次側共振コイルとの間の結合係数をk1とした場合、(1-k1^2)L12というインダクタンスと一次側共振コンデンサC1とで共振しているはずです。一次側の給電コイルと共振コイルとの間の距離は固定なので、この部分の共振周波数は変化しません。ただ、そこに気付いて数式化している論文などは全く見たことがありません。おそらく、「L12を少し大きめに設定しなければうまくいかない」、程度に考えられていて、気付いても深く検討されずに放置されているのだと思います。
受電コイルが二次側共振コイルL21と出力コイルL22に分かれている場合、一次側共振コイルL12と二次側共振コイルL21との間の結合係数をk2とした場合、(1-k2^2)L21というインダクタンスと二次側共振コンデンサC2とで共振共振します。こちらはコイル間距離が変わり、k2が変わりますので共振周波数が変わります。

質問した人からのコメント

2016/2/14 15:16:19

分かりやすい説明ありがとうございました。

もっと実験を重ねて、二次側共振周波数の変化や、コイル径による結合係数の違いなどもデータを取ろうと思います。

みんなで作る知恵袋 悩みや疑問、なんでも気軽にきいちゃおう!

Q&Aをキーワードで検索:

Yahoo! JAPANは、回答に記載された内容の信ぴょう性、正確性を保証しておりません。
お客様自身の責任と判断で、ご利用ください。
本文はここまでです このページの先頭へ

「追加する」ボタンを押してください。

閉じる

※知恵コレクションに追加された質問は選択されたID/ニックネームのMy知恵袋で確認できます。

不適切な投稿でないことを報告しました。

閉じる