Development of highly stable wireless power transfer system for implantable medical devices
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21K04015
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
梅谷 和弘 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 准教授 (60749323)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平木 英治 岡山大学, 自然科学学域, 教授 (20284268)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | ワイヤレス給電 / 植込み型医療機器 / 制御回路 / 磁界共鳴型 / 磁気干渉 |
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| Outline of Research at the Start |
非接触で給電できるワイヤレス給電は，植込み型医療機器の電池交換や体外からのケーブル接続を不要にする技術である．しかし，送電器や受電器に含まれる共振回路の共振周波数が電子部品の製造ばらつきや経年劣化，複数の受電器間や送電器-受電器間の磁気干渉でばらつくため，給電電力が安定しない問題がある。そこで，本研究では共振周波数の自律的制御回路を開発することで，製造ばらつきや磁気干渉によらず安定に送電できるワイヤレス給電システムを実現する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度は，2022年度に引き続き計画のステップ２「送電器-受電器間の無線信号通信に基づく完全ワイヤレスな給電システムの開発」について研究を遂行した。2022年度では，ATAC間の通信手段として無線接続を実現するための実用的な制御回路を開発しており，2023年度では開発した制御回路を用いて完全ワイヤレスな給電システムの実験機を製作し，この給電システムが自律的に送電器や受電器の電流位相を調整することで受電器に励起される電流を最大化できることを実験的に確認することができた。この意味で，当初計画通りにステップ２で設定した技術的目標を達成することができたと言える。
しかしながら，この成果の一方で，開発した実験機では完全ワイヤレスな給電システムを実現できたものの，赤外線の通信可能距離が当初の期待ほど大きくなく，実際には数cm程度にとどまってしまうという問題があることが発覚した。すなわち，開発した実験機では，送電器-受電器間の距離が数cm以下に制限されてしまった。このような制限は，植込み型医療機器用ワイヤレス給電システムの実用化にとって深刻な問題であることから，通信可能距離を向上する技術開発が必要となった。
そこで，次年度では，実験機に対して通信可能距離を向上する改良を施したうえで，この実験機に基づいてステップ３の目標である「ISMバンド6.78MHz駆動に対応した実用的ワイヤレス給電システムの開発」に取り組む予定である。なお，通信可能距離の向上方法としては，赤外線通信に替えて，電波での通信を検討している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2023年度では，計画のステップ２「送電器-受電器間の無線信号通信に基づく完全ワイヤレスな給電システムの開発」を完了することを目標としている。当該年度の研究では，実際に送電器-受電器間の無線信号通信を実現し，それに基づいてワイヤレス給電システムを原理的に実現できたという点では，計画通りの進捗を得ることができた。しかしながら，無線通信可能な距離が数cmに留まってしまうという想定外の問題が発生し，次のステップ３に移行する前に解決をする必要が出てきた。このことから，研究の進捗状況をやや遅れているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
無線通信の通信可能距離に大きな制限ができてしまった理由は，赤外線通信にあると考えたため，今後は赤外線通信の代わりに電波を用いた通信技術を開発する。具体的には，市販の300MHz帯域のASK通信モジュールの回路を改造し，6.78MHzのワイヤレス給電のための無線通信システムを構築することを考えている。ASK通信モジュールは数m程度の信号伝達距離があることから，このモジュールをベースに通信回路を開発することで，同程度の信号伝達距離が得られることを期待している。植込み医療機器ではこの距離の送電距離があれば十分であるため，この方針で開発に成功すれば，ステップ３「ISMバンド6.78MHz駆動に対応した実用的ワイヤレス給電システムの開発」に移行することができると考える。
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Report
(3 results)
Research Products
(4 results)
