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[解析事例] 6.78MHz帯WPTに対する巻線間浮遊容量の影響(EM)

ソルバー
EM
解析対象
非接触給電

図1 左より解析に使用した線間距離6mm(5ターン)、線間距離3mm(10ターン)、線間距離2mm(15ターン)のWPTモデル 図1 左より解析に使用した線間距離6mm(5ターン)
線間距離3mm(10ターン)
線間距離2mm(15ターン)のWPTモデル

高周波WPTシステムに対する
線間浮遊容量の考慮

モバイル製品への給電を目的とした6.78MHz帯WPTは、EV向けの85kHz帯WPTに比べて周波数が高く、巻線間に由来する浮遊容量がコイルのインダクタンスに影響を及ぼす可能性があります。 本事例ではEM解析により、巻線間距離とターン数を変えたときの浮遊容量がインダクタンスへ及ぼす影響を示します。


解析モデルは、送受信側が共に直径90mmのフェライトコアに直径1mmのコイルを線間距離6mm/3mm/2mmとして配置した形状です。コイルターン数はそれぞれ15ターン/10ターン/5ターンとなります(図1)。
10ターンのケースについて周波数掃引すると40MHz付近に並列共振が発生していることが確認できます(図2)。動作点である6.78MHzからは離れていますが、共振の前駆現象が動作点にも影響を与える可能性があります。
上記の3ケースについて、動作点6.78MHzを含む3MHz~18MHzにおけるインダクタンスの周波数依存性を解析により確認をしました。

図2 線間距離3mmの場合のインダクタンスの5MHz-100MHzの周波数掃引の結果 図2 線間距離3mmの場合のインダクタンスの5MHz-100MHzの周波数掃引の結果

図3~図5内の橙色のラインは順に線間距離6mm(15ターン)、3mm(10ターン)、2mm(5ターン)の場合の周波数に対するインダクタンス値であり、青色の破線は浮遊容量の影響がないとした場合のインダクタンス値を示します。
図6は、各線間距離に対する浮遊容量によるインダクタンス増分率を示しています。線間距離が小さいほど浮遊容量の影響が大きいことが分かります。
表1は6.78MHzにおけるインダクタンスの増加率を示しています。この結果から動作点が共振点から離れていても前駆現象として生じるインダクタンス変化は無視できないことが分かります。

図3 線間距離6mmの場合のインダクタンスの周波数依存性 図3 線間距離6mmの場合の
インダクタンスの周波数依存性

図4 線間距離3mmの場合のインダクタンスの周波数依存性 図4 線間距離3mmの場合の
インダクタンスの周波数依存性

図5 線間距離2mmの場合のインダクタンスの周波数依存性 図5 線間距離2mmの場合の
インダクタンスの周波数依存性

図6 浮遊容量によるインダクタンスの増加率 図6 浮遊容量による
インダクタンスの増加率

浮遊容量非考慮(H)浮遊容量考慮(H)増加率(%)
6mm(5ターン)2.21E-062.16E-062.34E+00
3mm(10ターン)8.40E-068.08E-063.99E+00
2mm(15ターン)1.93E-051.80E-057.25E+00
表1 6.78MHzにおける浮遊容量を考慮したインダクタンスと増加率

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