ワイヤレス給電 — CAE用語解説
ワイヤレス給電
ワイヤレス給電とは何か
ワイヤレス給電ってスマホの充電パッドとかEV充電で使われていますよね？CAEではどう解析するんですか？
電磁誘導や磁界共鳴によって非接触でエネルギーを伝送する技術だ。CAEでは電磁界解析で一次コイルと二次コイル間の磁束結合と電力伝送効率を計算する。コイルの形状・配置・ギャップ、コアの磁性材料の最適化が設計の核心になる。
電磁誘導と磁界共鳴は何が違うんですか？
電磁誘導は一次コイルの変動磁束が二次コイルに直接鎖交してEMFを誘起する仕組みで、WiとQiの充電パッドがこれだ。磁界共鳴は両コイルを同じ共振周波数に合わせることで、コイル間のギャップが大きくても共振状態で効率よく電力を伝える。EVのパッド充電（数10cm離れていても使える）に向いている。
電磁界シミュレーションの課題
相互インダクタンスというのも解析しますか？
非常に重要だ。M = Ψ12 / I1 という式で、一次コイルに電流I1を流したとき二次コイルと鎖交する磁束Ψ12から相互インダクタンスMを計算する。伝送効率は結合係数k = M / sqrt(L1 * L2) で評価できて、kが大きいほど効率がよい。FEMでコイル形状を変えながらkを最大化するのが設計作業だ。
シミュレーションで難しいのはどこですか？
いくつかある。一つはコイルと周辺金属構造との電磁干渉だ。EV充電では車体底部の金属やバッテリーパックの近傍に給電コイルを置くから、渦電流損や磁気シールドの最適設計が必要になる。もう一つは人体への電磁曝露評価で、コイル周辺の磁束密度がIEC規格の安全基準内に収まることをシミュレーションで確認する必要がある。
電磁界解析とどのツールを使うんですか？
ANSYS Maxwell、CST Studio、JMAG、COMSOLなどが使われる。周波数は10〜150kHz帯が多いから、準静的電磁界解析（磁準静的近似）が適用できる。伝送効率の周波数依存性を評価するパラメトリック解析も頻繁に行う。
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