【技術ブログ】ワイヤレス給電で位置ズレが起きると、なぜ伝送効率が下がるのか

ワイヤレス給電では、給電ヘッドと受電ヘッドを向かい合わせ、磁界を利用して電力を伝送します。
ケーブルや接点を使わずに電力を供給できる一方で、ヘッド同士の位置関係によって伝送効率が変化します。

今回の技術ブログでは、ワイヤレス給電の基本的なポイントの一つとして、給電ヘッドと受電ヘッドの中心位置がずれる「軸ズレ」を取り上げます。
軸ズレが起きると、なぜ伝送効率が下がるのかを、コイル間の磁気的な結び付きに注目して説明します。

軸ズレがない場合

給電側のヘッドと受電側のヘッドを向かい合わせ、コイルで発生させた磁界を利用して電力を伝送します。
2つのヘッドが正しい位置で向かい合っている場合、給電側コイルから発生した磁束を、受電側コイルが効率よく受け取ることができます。そのため、高い伝送効率で電力を伝えることができます。

軸ズレがある場合

給電ヘッドと受電ヘッドの中心位置がずれた状態を、一般的に軸ズレと呼びます。
軸ズレが生じると、受電コイルを通過する磁束が少なくなります。
この磁気的な結び付きの強さを表す指標が、コイル間の結合係数です。
結合係数が高いほど、給電側から受電側へ効率よく電力を伝えられます。
反対に、軸ズレによって結合係数が低下すると、受電側へ伝わる電力が減少し、結果として伝送効率も低下します。

結論

このように、軸ズレが起きると受電コイルを通る磁束が減少し、コイル間の結合係数が低下します。
これが、伝送効率が下がる主な理由です。

そのためワイヤレス給電では、電力の大きさだけでなく、給電ヘッドと受電ヘッドの位置関係も重要な設計要素になります。
ビー・アンド・プラスでは、位置ズレ等による効率低下を考慮し、共振設計を適切に行うことで、充電効率の低下を最小限に抑える設計を行っています。

今後も、産業用ワイヤレス給電に関わる基本的な仕組みや、設計時に確認しておきたいポイントを紹介していきます。

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