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共振器結合型高Q値コイルの開発と無線電力伝送への応用

Research Project

Project/Area Number 21K04021
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 InstitutionUniversity of Yamanashi

Principal Investigator

關谷 尚人  山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (80432160)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Keywordsワイヤレス電力伝送 / 超伝導RFコイル / 高Q値 / 超伝導線材
Outline of Research at the Start

本研究は,高周波用超伝導線材を用いてRF磁場分布が均一で2軸のRF磁場を持つ共振器結合型コイルを開発する.また,そのコイルを用いて小型コイルへのワイヤレス電力伝送に応用し,従来技術では実現できない飛躍的に高い伝送効率を実証する.

Outline of Annual Research Achievements

【目的】高周波で低損失を実現できる独自開発した高周波用超伝導線材を用いて同一周波数の4つのコイルから構成される共振器結合型コイルを実現することで,RF磁場の均一性が高く,2軸のRF磁場を発生できる高Q値送電コイルを開発し,それを用いてカプセル内視鏡を想定した小型受電コイルにワイヤレス電力伝送(WPT: Wireless Power Transfer)を行い従来技術では実現できない飛躍的な伝送効率の向上を目指す.
【本研究の意義】WPTの伝送効率が向上すれば,カプセル内視鏡に撮影及び撮影した画像を体外へ送信する通信機能の他に,自走機能や診断・治療機能を新たに付加できる可能性があり,体を大きく傷つけることなく診断や治療が行える革新的な低侵襲診断・治療ロボットの実現が期待される.
【2023年度実施内容】高周波用超伝導線材を用いた自己共振コイルのQ値(測定値)は約13,000であり,銅コイルの約13倍のQ値を実現したが,人体ファントムの影響によって1,300程度まで低下することが明らかになった.これはコイルの電界が広く分布し,人体ファントムの影響を受けることに起因する.そこで,コイルに電界を閉じ込めることができる超低損失コンデンサの開発を行った.
【2023年度実施結果】コンデンサの損失要因である電極,誘電体,リード線に超低損失材料を用いることで,超低損失コンデンサを実現し,人体ファントムがある場合でもコイルにコンデンサを接続した超伝導共振コイルにすることで,約9,000程度のQ値を実現した.一方,人体ファントムがある場合の銅共振コイルのQ値は約300程度であった.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

超伝導自己共振コイルのQ値が人体ファントムによって大幅にQ値が低下すること判明し,当初の研究計画とは異なり,Q値の低下を抑えるための超低損失コンデンサの開発を優先した.

Strategy for Future Research Activity

超低損失コンデンサの開発によって人体ファントムがあっても超伝導共振コイルのQ値が銅共振コイルより非常に高いことを実証した.2024年度は当初の予定通り,共振周波数が等しい4つの超伝導共振コイルから構成される共振器結合型コイルを実現し,カプセル内視鏡を想定した人体ファントム中の小型コイルへの高効率WPTの実現を目指す.

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Wireless Power Transfer System Using High-Quality Factor Superconducting Transmitting Coil for Biomedical Capsule Endoscopy2023

    • Author(s)
      N. Sekiya, N Oshimoo, K. Ebihara, T. Uchida, K. Sakuma, S. Ono
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      Volume: 33 Issue: 5 Pages: 1500905-1500905

    • DOI

      10.1109/tasc.2023.3256346

    • Related Report
      2023 Research-status Report 2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 高Q値超伝導コイルを用いた小型コイルへの高効率ワイヤレス電力伝送2023

    • Author(s)
      海老原 魁,押本 夏佳,作間 啓太,關谷尚人
    • Organizer
      電子情報通信学会超伝導エレクトロニクス研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] High power transfer efficiency magnetic resonance wireless power transfer system using high quality factor coil with double-sided REBCO wire2023

    • Author(s)
      N. Sekiya
    • Organizer
      The 11th East Asia Symposium on Superconductor Electronics 2023
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Superconducting wireless power transfer system for capsule endoscopy2022

    • Author(s)
      N. Sekiya, K. Sakuma
    • Organizer
      Applied Superconductivity Conference 2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高周波用超伝導線材を用いた高Q値コイルによる高効率ワイヤレス電力伝送システム2022

    • Author(s)
      關谷尚人,作間啓太
    • Organizer
      低温工学・超電導学会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 高周波用超伝導線材の開発とそれを用いた高Q値コイルによる高効率ワイヤレス電力伝送2022

    • Author(s)
      關谷尚人
    • Organizer
      電子情報通信学会マイクロ波研究会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 三次元ワイヤレス電力伝送のための複数コイルの結合を用いた送電コイルの設計2022

    • Author(s)
      作間啓太・池谷 光・關谷尚人
    • Organizer
      電子情報通信学会無線電力伝送研究会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 複数コイルの結合による様々な磁界分布を利用した「いつでもどこでもWPT」2021

    • Author(s)
      作間啓太,關谷尚人,池谷光
    • Organizer
      電子情報通信学会無線電力伝送研究専門委員会WPTコンテスト
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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