平成 20 年電気学会全国大会

4-196

漏れ磁束遮蔽アルミ板付き非接触給電の特性
江原 夏樹＊，岩田 卓也，辻 俊明，金子 裕良，阿部 茂 (埼玉大学)，保田 富夫 ((株)テクノバ)
Characteristics of Contactless Power Transfer System Equipped with Aluminum-plate Leakage Flux Shield
Natsuki Ehara, Takuya Iwata, Toshiaki Tsuji, Yasuyoshi Kaneko, Shigeru Abe (Saitama University),
Tomio Yasuda (Technova Inc.)

1.まえがきプラグインハイブリッド車や電気自動車への給電には，プラグの抜き忘れや急速大電力充電を考えると図 1 の非接触給電方式(1)が有望である．図 2 の巻線方式の角形給電トランスでは背面に漏れ磁束が発生するため，自動車の鉄外板に誘導電流が流れ，損失の増加と特性の悪化が懸念される．
本稿では漏れ磁束遮蔽対策としてアルミ板を用いた場合，トランス等価回路は一部定数が変わるだけで，薄い板で十分な遮蔽効果があり，効率低下も約 1%で済むことを示す．

2.非接触給電システム
図 1 非接触給電システム
Fig.1. Contactless power transfer system.

<2.1> 一次直列二次並列コンデンサ方式(2)一次直列二次並列コンデンサ方式の非接触給電システムの構成を図 1 に示す．給電トランスにはフェライトコアとリッツ線を用い，電源には f0=10kHz の方形波インバータを用いる．電源と一次側コイルの間に直列コンデンサ CS を，受電部端子に並列共振コンデンサ CP を設置すると，詳細等価回路は図 3(b)で表わされる．CS，CP を(1),(2)式の値に決めると，r0,r1,r2 を無視した場合電源周波数において(3)式が成立し理想変圧器の特性が得られる．

1
 xP  x0'  x2
0C P・・・・・・・・・・(1)

図 2 非接触給電トランス
Fig.2. Contactless power transformer.

1x0' x2'
x
 x1' ・・・・・・・・(2)S''
0CSx0  x2V  bVL , I'IN'
INx0' IL / b , b  'x0  x2・・(3)<2.2> 漏れ磁束遮蔽アルミ板付トランスの等価回路
漏れ磁束対策として図 2 のようにアルミ板を二次巻線と自動車鉄外板の間に設置すると等価回路は図 3(a)となる．
二次巻線とアルミ板回路との相互リアクタンスを x20，アルミ板回路の漏れ磁束を xAl，アルミ板の抵抗を rAl で示す．
図 3(a)の点線内の回路は図 3(b)の点線内の回路に変換できるので，等価回路はアルミ板がない時と同じ形で x2 と r2 の値が変わるだけである．従って磁束遮蔽アルミ板付きの非接触給電トランスでも，一次直列二次並列コンデンサ方式
非接触給電システムの設計法(2)を用いることができる．

2008/3/19 〜 21

福岡-323(第 4 分冊)

図 3 漏れ磁束遮蔽アルミ板付きトランス等価回路
Fig.3. Equivalent circuit with aluminum-plate shield.

©2008 IEE Japan平成 20 年電気学会全国大会

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表 1 給電トランスの仕様
Table1. Specification.
Weight7.3kg×2

Core

FDK 6H40 Bs=0.53T
μi=2400(at0.1MHz)

Primary

1p×22T(Imax=38A)

Secondary

2p×11T(Imax=75A)

Litz wire 0.25φ×24×16 (Imax=2A/mm2)
Aluminum-plate shield 400×600×1 mm
Steel-plate 495×600×2 mm

表 2 実験装置定数 [Ω]Table2. Parameters of experiment. [Ω]Caser1r2r0x1x2x0(a)0.040

0.014

0.008

11.59

2.94

8.13(c)

0.042

0.025

0.007

11.23

1.978.40

図 4 1kW 給電特性
Fig.4. 1kW power transfer characteristics.
表 3 実験結果
Table3. Experimental results.

3.実験<3.1>実験装置

Al 板*なし

給電トランスの仕様を表 1 に，ギャップ長 30mm のとき

Al 板ありCase

鉄板**なし
(a)

(b)

(c)

(d)

VIN [V]

124 (124)

118

152

152 (152)

与える影響を調べるため，アルミ板のある場合とない場合，

IIN[A]

9.23 (9.64)

12.01

7.8

7.79 (7.92)

鉄板のある場合とない場合の 4 ケースについて給電実験を

VL [V]

151 (153)

132150149 (149)

行った．入力電圧 VIN は負荷電圧 VL が一定となるように調IL [A]

7.31 (7.58)

6.38

7.23

7.21 (7.38)

整した．CS，CP の値は表 2 の値から(1)(2)式により決定した．

PIN (kW)1.13 (1.18)

1.32

1.12

1.12 (1.14)

アルミ板の厚さは表皮効果を考慮し，電源周波数 10kHz で

POUT (kW)1.10 (1.16)

0.84

1.08

1.07 (1.10)

η [%]0.971 (0.983)

0.635

0.96

0.959 (0.967)

pf [%]

0.993 (0.988)

0.93

0.948の等価回路定数を表 2 に示す．給電効率が高くなるように抵抗負荷は RL=20Ωとした(3)．二次側漏れ磁束が給電特性にの表皮の深さから 1mm とした．

<3.2>実験結果
1kW 給電の実験結果を図 4 と表 3 に示す．入力電圧 VIN,

CS [μF]0.97

入力電流 IIN,出力電圧 VL,出力電流 IL は基本実効値,入力電力CP [μF]

3.20

PIN,出力電力 POUT は基本波の値である．Case(a),(d)について

RL [Ω]

は（LL [μH]）内に計算値を示す．計算値は図 3(b)の詳細等価回路で負荷抵抗 RL のインダクタンス分 LL も入れて計算した．
Case(a)の板がない場合の効率 η は 97%であるが，Case(b)

鉄板あり鉄板なし

鉄板あり

0.944 (0.945)
1.04
3.91

20.1
29.4
( ) : calculated value

4.むすびの自動車鉄外板がある場合の η は 64%と 30%以上も低下し，自動車用非接触給電装置でコア背面に漏れ磁束が発生す実用上大きな問題となる．Case(c)のようにアルミ板を置くる給電トランスを用いる場合，自動車鉄外板に誘導電流がと η は 96%と Case(a)に比べ約１%の低下で済み，Case(d)の流れ給電効率が大幅に低下するため，漏れ磁束の遮蔽対策ように鉄外板があっても影響はほとんどなくなり，問題はが必要になる．

解消される．磁界測定からもアルミ板による漏れ磁束の遮蔽を確認した．

漏れ磁束対策として薄いアルミ板を間に挿入するだけで十分に漏れ磁束は遮蔽でき，給電効率の低下も僅かで済む．

図 4 で電圧電流の位相が同じで，入力力率 pf がほぼ 1 であること，実験値が()に示した計算値とよく一致すること

また等価回路も一部の定数の値が変わるだけで従来の非接触給電システムの設計法が適用可能である．

から，一次直列二次並列コンデンサ方式の特徴である理想文変圧器特性が成立することも分かる．
以上のように電源周波数が 10kHz 程度の場合，アルミ板(1) 岩田，江原，金子，阿部，保田：電学会自動車研資，VT-07-11,pp.7-12 (2007)

は漏れ磁束の遮蔽に大きな効果があり，損失もわずかで給電効率低下も少ない．このため非接触給電システムの漏れ磁束対策として利用価値が高い．

2008/3/19 〜 21福岡献(2) 藤田，金子，阿部：電学論 D，Vol.127,No.2,pp.174-180 (2007)(3) 及川，松下，金子，阿部：平 19 電学全大，No.4-220 (2006)-324(第 4 分冊)©2008 IEE Japan