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Equivalent-circuit modeling of wireless power transfer systems using an improved impedance expansion method

Research Project

Project/Area Number 19K04321
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 21010:Power engineering-related
Research InstitutionGunma University

Principal Investigator

Haga Nozomi  群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (50638476)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywordsインピーダンス展開法 / モーメント法 / 回路モデリング / 誘電体 / 磁性体 / 給電モデル / 無線電力伝送
Outline of Research at the Start

高効率な無線電力伝送システムを実現するためには,コイルと電力変換回路を統一的に設計することが望ましい.この要求に応えるために,研究代表者は「インピーダンス展開法」という手法を提案してきた.これは,コイル部分をパワーエレクトロニクス技術者が扱いやすいよう,電気回路としてモデル化するものである.しかしながら,これまでに提案してきた手法の適用範囲は,システムがコイル(金属)のみで構成される場合に限られていた.本研究では,インピーダンス展開法を,コイルの周囲に樹脂,水,人体など多様な媒質が存在する場合も扱えるように拡張することを目標としている.

Outline of Final Research Achievements

In this study, the impedance expansion method (IEM), a circuit modeling method proposed by the principal investigator, is extended to handle wireless power transfer systems with various shapes and materials. First, the IEM was extended to handle arbitrarily shaped conductors (e.g., strip conductors), whereas the conventional IEM could only handle conducting wires. Furthermore, the IEM was extended to consider the effects of conductors (such as metal enclosures and automobile bodies) and dielectric and magnetic materials (such as dielectric substrates and ferrites) that may be present in the vicinity of coils and other components.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

無線電力伝送システムの設計において,コイルや電極を回路モデルで表すことは広く行われていた.しかしながら,ごく単純な場合を除いて,回路モデルの素子定数を特定するための理論式の導出は困難であり,素子定数を特定するには,測定データに基づくフィッティングが必要であった.したがって,回路モデルの理論的根拠や適用可能範囲は不明確であった.本研究で拡張された手法は回路モデルの明確な理論的根拠を与えるとともに,その素子定数を容易に特定することができる.このことは,コイルと電力変換回路の一体的設計を可能にし得るなどの工学的意義を持つ.

Report

(5 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2022 2020 2019

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Circuit Modeling of a Wireless Power Transfer System Containing Ferrite Shields Using an Extended Impedance Expansion Method2022

    • Author(s)
      Haga Nozomi、Chakarothai Jerdvisanop、Konno Keisuke
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques

      Volume: 70 Issue: 5 Pages: 2872-2881

    • DOI

      10.1109/tmtt.2022.3149830

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Circuit Modeling of Wireless Power Transfer System in the Vicinity of Perfectly Conducting Scatterer2020

    • Author(s)
      Nozomi Haga, Jerdvisanop Chakarothai, and Keisuke Konno
    • Journal Title

      IEICE Transactions on Communications

      Volume: E103.B Issue: 12 Pages: 1411-1420

    • DOI

      10.1587/transcom.2019EBP3211

    • NAID

      130007948496

    • ISSN
      0916-8516, 1745-1345
    • Year and Date
      2020-12-01
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Notes on EFIE-PMCHWT Formulation for Feeding Gaps on Printed Conductors2020

    • Author(s)
      Nozomi Haga, Keisuke Konno, and Jerdvisanop Chakarothai
    • Journal Title

      IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters

      Volume: 19 Issue: 12 Pages: 2028-2032

    • DOI

      10.1109/lawp.2020.3020565

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Modal impedance expansion method using loop-star basis functions2019

    • Author(s)
      Haga Nozomi and Takahashi Masaharu
    • Journal Title

      IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters

      Volume: 18 Issue: 8 Pages: 1601-1605

    • DOI

      10.1109/lawp.2019.2925058

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Circuit modeling of wireless power transfer systems using impedance expansion method2022

    • Author(s)
      Nozomi Haga, Jerdvisanop Chakarothai, and Keisuke Konno
    • Organizer
      Asia-Pacific Microwave Conference 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 完全導体からの散乱を考慮した無線電力伝送システムの回路モデリング2020

    • Author(s)
      羽賀望,チャカロタイ ジェドヴィスノプ,今野佳祐
    • Organizer
      電子情報通信学会 無線電力伝送研究会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 無線電力伝送システムの受動素子回路モデル2019

    • Author(s)
      羽賀望, 高橋応明
    • Organizer
      電子情報通信学会 無線電力伝送研究会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 無線電力伝送システムのマルチモード回路モデル2019

    • Author(s)
      羽賀望, 高橋応明
    • Organizer
      電子情報通信学会 無線電力伝送研究会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] モーメント法によるシース付き海水中ループアンテナの解析2019

    • Author(s)
      羽賀望
    • Organizer
      電子情報通信学会 ソサイエティ大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2024-01-30  

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