トポロジー最適化によるワイヤレス電力伝送の効率最大化
| Project/Area Number |
22K20431
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0302:Electrical and electronic engineering and related fields
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
大友 佳嗣 長崎大学, 工学研究科, 助教 (60964442)
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| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | ワイヤレス電力伝送 / トポロジー最適化 / パラメータ最適化 / 電力伝送効率 / パワエレ回路 / 交流損失解析 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，ワイヤレス電力伝送における回路負荷特性やコイル間相対差を考慮した送受電コイルのトポロジー最適化法を確立し，システム全体の効率を飛躍的に改善することを目的とする。本手法により，米国SAEが定める電力効率の国際基準85%を大幅に上回る，電気的および磁気的に高性能なワイヤレス電力伝送を実現可能とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度に開発したワイヤレス給電装置の磁気・回路特性を同時に考慮するハイブリッド最適化法を用いて，2023年度は次の研究を実施した。(1)提案法により得られた送受電コイル最適形状の磁束線分布から，コイル間位置ずれ時における磁気特性改善の要因を明らかにした。特に，提案法により得られる最適形状はコイル対向面にキャップ状の磁気コア構造を有することにより，位置ずれ時における鎖交磁束を改善していることを明らかにした。(2)上記キャップ状の磁気コア構造はコイル巻線に対する漏れ磁束を抑制するため，コイル巻線に生じる交流損失の低減にも寄与することを明らかにした。(3)ワイヤレス給電装置の等価回路に基づく解析から，提案法により得られた送受電コイルがなぜ電力伝送効率の効果的な改善に寄与するのかを明らかにした。特に，提案法により得られる送受電コイルは等価回路におけるQ値の改善に強く寄与していることを明らかにした。(4)磁気コア鉄損まで考慮した形状最適化を実施することにより，主磁束に対する磁気コア径が大きくなることを実証した。磁気コア径を大きくすることで，磁気コア全体における平均的な磁束密度が低下し，鉄損の発生量を抑制することに寄与している。
以上のように本研究課題では，ワイヤレス給電装置の新たな形状最適化法を実現することに成功した。上記研究成果の詳細はIEEE Transactions on Magnetics(vol.60, no.3)および，電気学会誌(2024年11月号)にそれぞれまとめられている。
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Report
(2 results)
Research Products
(10 results)
