電磁結合（総合概要）

ワイヤレス送電 デバイスがワイヤなしで電子ネットワークで電力を送信できるようにします。電磁結合メカニズムは、たまたまワイヤレス電力伝送に適しています。ワイヤレス電力伝送では、多くの種類の電磁結合を使用できます。誘導性結合または容量性結合の可能性があります。電磁結合の定義、その仕組み、およびその種類を詳しく見てみましょう。

電磁結合の定義

人々は電磁結合を変圧器作用と呼んでいます。 これは、通電された導体に電流が流れることによって生成される電磁界です。 それが生成する電磁場は、導体に対して直角です。導体を流れる電流は、AC 電源システム内で常に方向を変えます。この現象は、通電導体の周囲の電磁界に影響を与えます。それらは伸縮します。電磁力線が別の導体を通過する限り、その導体に電圧を誘導できます。シンプルな動作原理です。この原則は、電力変圧器、オルタネーター、および発電機の仕事に適用されます。

電磁結合の別名は、相互インダクタンス結合です。これは、2 つの回路間に相互インダクタンスがあることを意味します。一方の回路の電流の変化は、相互インダクタンスを通じて他方に影響を与えます。 2 つ以上の回路要素または電気ネットワークの間に友好的な関係が存在します。それらは入力と出力の間で密接に一致し、相互作用します。それらは、相互作用によって一方から他方へエネルギーを伝達します。この一連の現象が電磁結合です。簡単に言えば、カップリングは 2 つのエンティティの相互依存性を測定します。

電磁結合の動作原理

電磁結合は、1 つまたは複数の回路で発生する可能性があります。 これは、そのようなイベントに対する回路内の電磁界の応答です。それらは、他の回路に電荷または電圧を誘導します。これらの電荷または電流は、意図的または非意図的に回路に影響を与えます。それらはすべて回路に影響を与えます。電磁結合が意図せず発生すると有害です。電磁干渉は、これらの意図しない電磁結合の典型的な例です。

意図的な電磁結合は、多くの場合、人々にとって有益です。ワイヤレス電力伝送は、電磁誘導の原理に基づいています。この原理は電磁結合に関連しています。 2 つの回路が結合されて磁場が生成されます。ソース回路の電磁場は大幅に変化します。これにより、負荷回路との間の伝送が可能になります。電磁結合機構の力で伝達できます。それらの電力は、ソース回路から負荷回路への転送をサポートします。転送中にワイヤーや物理的な接触も必要ありません。

電磁結合の利点

電磁結合の重要な利点は、トランス動作で呼び出すことができることです。一次巻線に印加される AC 電圧によって、トランス内に交番磁界が発生します。この時点で、二次巻線は交番磁界に現れます。この巻線は、一次巻線にも磁気的に結合されます。すると、二次巻線に電位が現れます。トランス アプリケーションにおける電磁結合の利点は数多くあります。電磁結合により、電気的絶縁と磁気結合を実現できます。

電磁結合は、いくつかの異なる業界で使用できます。

• 自動車分野。一般的に、電気自動車のバッテリー充電に使用されます。
• 航空宇宙分野。人々はそれを使用して、可動部分にエネルギーを伝達できます。
• 家電。携帯電話やラップトップをワイヤレスで充電するのに役立ちます。
• 生物医学。主に埋め込み型デバイスに電力を供給するために使用されます。
• 工業化。これは、過酷で爆発的な環境に対処する効果的な方法です。

意図しない電磁結合の危険性

意図しない電磁結合は、通常、人に害をもたらします。電磁干渉を発生させます。デバイスやシステムは、電磁干渉を受けると脆弱になります。機能が低下したり、動作しなくなる場合があります。たとえば、米国の歴史には電磁干渉による事故がありました。電磁干渉は、原子力発電所の偶発的な停止を引き起こしました。

意図しない電磁結合により、特定の状態のデバイスのソース ファイルでクロストークが発生する可能性があります。 この状態は一般的に電磁波を伝導または放射しています。それらは、同じ回路または隣接する回路内のコンポーネントに同時に干渉する可能性があります。特定の回路では、この結合は RF 回路よりも影響が少なくなります。この特定の回路は、主にDC回路と低周波回路を指します。高周波での意図しない電磁結合は逆です。それは大きな影響を与えるでしょう。干渉源と影響を受けるコンポーネントは、電磁信号を周囲に放射します。それらは、伝送線路を介して、近くのコンポーネントに不要な電磁信号を伝導します。

電磁結合タイプ

導電性カップリング

伝導結合は、伝導経路を介して干渉を受ける機器に電磁妨害を送信する結合方法です。 ここに電磁ノイズが電圧または電流の形で存在します。ノイズは、金属線または受動部品を介して干渉する機器に結合されます。伝導結合は、一般的な干渉経路の 1 つです。伝導結合は、さらに次の 2 種類の結合に分けることができます。

直接伝導結合は、干渉機器のタイプに結合された基本コンポーネントを介した直接干渉信号です。 これらの基本的なコンポーネントは、ワイヤ、金属体、抵抗器、コンデンサ、または変圧器です。

共通インピーダンス伝導結合は、特に共通インピーダンス伝導結合を持ついくつかのノイズ源と信号源を指します。 結合は、2 つの回路の電流が共通のインピーダンスを流れるときに発生します。接地が不十分なため、インピーダンスの一方の電流の電圧降下が他方の回路に影響を与えます。一般に、共通インピーダンス結合には、共通グランドと電源インピーダンスの 2 つのタイプがあります。 1 つ目は、機器の共通安全接地線によって生成される共通接地インピーダンスを介してカップリングされる電源ノイズです。また、ネットワークの共通接地インピーダンスを介することもできます。 2 つ目は、共通電源インピーダンスによって生成される、電源の共通電源インピーダンスを介して結合されるノイズです。これらの電源は AC および DC です。

容量結合

容量結合は、主に回路間の静電容量を使用してエネルギーを伝達します。静電容量を介して、ある回路から別の回路に AC 信号を転送します。結合容量と電圧の変動も電磁干渉に影響します。

誘導結合

磁気結合とも呼ばれます。この磁場は、干渉源が 2 つの相互誘導回路の電源として存在する場合に変化します。電流によって発生する磁場が、磁気結合によって隣接する信号と干渉する場合です。誘導結合は、多くの機器の動作原理です。これらには、変圧器、金属探知機、電磁調理器などの機器が含まれます。

放射結合

放射結合とは、干渉源が空間放射の形を介して干渉される機器に干渉することを指します。 干渉源と被干渉デバイスは、2 つの無線アンテナのようなものです。被干渉機器は、干渉源から放射された電磁波を受信します。妨害されたデバイスは損傷を受け、通常の動作に影響を与えます。

さまざまなタイプの干渉源には、次のものがあります。

干渉源の種類	干渉源
無線周波数放射	無線通信システム（ラジオ、テレビ、携帯電話）レーダー
電子機器	高出力産業機器 (誘導炉、溶接機) 事務機器 (コンピューター、コピー機) 放電ランプ (ネオン、蛍光灯) 電気機械部品 (リレー、接触器)
パワーシステム	送配電システム電気交通システム
他の	雷静電気放電 (ESD)電磁核パルス (EMNP)

誘導結合と電磁結合の違いは何ですか?

誘導結合は、変化する磁場が近くの導体に電流を誘導するときに発生する電磁結合の一種です。つまり、誘導結合には、磁場を介した 2 つのオブジェクト間のエネルギーまたは情報の転送が含まれます。一方、電磁結合は、電場と磁場を介した 2 つの物体間のエネルギーまたは情報の伝達を指します。誘導結合は電磁結合の特定のタイプですが、電磁結合は、容量結合や電磁放射などの他のメカニズムによっても発生する可能性があります。要約すると、誘導結合は電磁結合のサブセットであり、特に磁場を介したエネルギーまたは情報の転送を伴います。

ワイヤレス給電で使用できる電磁結合の種類

ワイヤレス電力伝送では、多くの種類のセル結合を使用できます。ここでは、近距離場と遠距離場の 2 種類のワイヤレス電力伝送に焦点を当てます。そして、彼らが使用する電磁結合メカニズム。

近距離無線送電

ほとんどの人は、近距離無線送電を無放射送電と呼んでいます。電力伝送のための近距離電磁結合は、通常、短距離でのみ発生します。この伝送環境では、電磁結合は誘導性または容量性のいずれかになります。誘導結合された時変磁場により、誘導コイルでワイヤレス電力伝送が行われます。容量結合には、時間変化する電場があります。時変電界は、金属電極間のワイヤレス電力伝送に適用できます。

近距離無線電力伝送における誘導結合の使用には、別の名前があります。人々はそれを誘導結合ワイヤレス電力伝送と呼ぶことがよくあります。誘導コイルは、誘導結合ワイヤレス電力伝送で電力を送信するために使用されます。コイルは、電源と負荷回路の間で電力を送ります。そして、2つのコイルがそれらを送ります。これらの 2 つのコイルは、送信コイルと受信コイルです。これらのコイル間には磁気結合があります。これにより、送信機コイルの時変磁場が受信機の電圧を感知できるようになります。コイル間の結合係数も電力伝送の効率に影響します。密結合は、疎結合の誘導コイルよりも電力伝送を高速かつ効率的にします。

容量結合ワイヤレス電力伝送の重要なパラメータは結合容量です。容量結合ワイヤレス電力伝送により、電力伝送用の 2 つの金属電極が可能になります。トランスミッタ電極の時間変化する電場は、レシーバ電極にも電圧を誘導します。

遠距離無線送電

遠距離無線電力伝送は、主に電磁放射を使用します。電磁放射は、より離れた距離で受信機に結合されます。この遠距離電磁結合は、強力なビームまたは放射技術として知られています。

電磁結合のアプリケーションは何ですか?

電磁結合には、特に通信とデータ転送において多くの用途があります。 MRI 装置、人工衛星、携帯電話、電気モーター、発電機などの医療機器で一般的に使用されています。さらに、消費者向け電子機器、家庭用電化製品、消費者向けウェアラブルなどの低電力アプリケーションで使用できます。

電磁結合は、人にとって非常に重要な存在です。人々がワイヤレス電力伝送をより有効に活用するのに役立ちます。ただし、意図しない電磁結合は、多くのデバイスやシステムの通常の動作に干渉を引き起こす可能性があります。このホワイト ペーパーを理解することは、企業が結合を軽減またはシールドする計画を立てるのに役立ちます。

---

電磁結合に関する一般的なQ&A

1. 電磁結合とは

   電磁結合は、電場と磁場を介して 2 つ以上の物体間でエネルギーまたは情報を転送します。近くまたは遠くにあるオブジェクト間で発生する可能性があります。

2. 電磁結合はどのように機能しますか?

   電磁結合は、電場と磁場の相互作用によって機能します。荷電粒子が移動すると、磁場が発生します。磁場が変化すると、電場が発生します。これらのフィールドは、電荷を持っている、または電荷を持つことができる他のオブジェクトと相互作用して、エネルギーや情報を転送することができます。

3. 電磁結合と電磁誘導の違いは何ですか?

   電磁結合と電磁誘導は密接に関連していますが、概念は異なります。電磁結合とは、電場と磁場を介して 2 つの物体間でエネルギーまたは情報を転送することを指します。対照的に、電磁誘導は、具体的には、変化する磁場によって導体に起電力を発生させることを指します。

4. 電磁結合はどのように測定できますか?

   電磁結合は、オシロスコープ、スペクトラム アナライザ、近接場プローブを使用して測定できます。これらの機器は、電磁界の強度、周波数、および方向を検出および分析できます。

5. 電磁結合は電子機器やシステムにどのように影響しますか?

   電磁結合は、干渉、ノイズ、またはその他の不要な影響を引き起こし、電子デバイスやシステムに影響を与える可能性があります。これは、エラー、誤動作、または電子デバイスとシステムのパフォーマンスの低下につながる可能性があります。適切な設計とシールドは、電子デバイスやシステムに対する電磁結合の影響を最小限に抑えるのに役立ちます。