ワイヤレス充電の電磁-熱解析

損失がどこで出て、どちら側にたまるかだ。コンセントから電池までの間に、送電側のインバーター、送電コイルとコイル間の結合、受電コイルと整流回路、充電用のICと、いくつもの段がある。それぞれの段の損失はその場所で熱になるが、充電台の中で出る熱と、スマートフォンの中で出る熱では意味が違う。本体の中の熱は電池を温め、電池は温度が高いほど劣化が速いので、本体の温度が上がると充電の電力を絞らざるを得ない。だから、電磁界の解析でコイルや部品の損失を求め、それを熱の解析に渡して本体と電池の温度を求める、という連成が必要になる。

そのとおりで、熱の問題は全体の熱のつり合いで決まる。コイルの電磁界の解析は、位置ずれや異物があるときの損失を求めるのに欠かせないが、本体の温度を決めるのは、コイル、整流回路、充電IC、電池のすべての発熱と、それが本体の中をどう広がって外へ逃げるかだ。しかも発熱する部品が近くに集まると、平均の温度上昇は20 Kでも局所はもっと熱くなる。電池は特に温度に敏感で、高い温度で満充電に近い状態が続くと劣化が速まる。だから実際の設計では、受電コイルと電池の間に熱を広げるシートを入れたり、充電の後半で電力を下げたりする。解析では、電磁界から求めた損失の分布を熱のモデルに渡し、部品ごとの温度と充電の制御を合わせて時間を追って計算する。

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