| Project/Area Number |
23K11255
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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 61040:Soft computing-related
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| Research Institution | Okayama University of Science |
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Principal Investigator |
麻原 寛之 岡山理科大学, 工学部, 准教授 (50709615)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2024: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
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| Keywords | 熱電池 / 電力コンディショニング / 非線形現象 / 安定性解析 |
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| Outline of Research at the Start |
熱電池を有する独立駆動電源の簡易動作解析を行った結果、熱電池の出力電圧変動に伴い、回路動作波形が定性的に変化する分岐現象の発生を確認した。更に、分岐現象の発生が回路性能(電力変換効率) に影響を及ぼしている可能性も見えてきた。そこで、本電源回路に生じる分岐現象を解析し、回路理論の発展および高性能な熱電池を有する独立駆動電源の創出へフィードバックする。
以上を踏まえ、実施期間内に以下の3 項目に取り組む。
(a) 熱電池を有する独立駆動電源の等価回路の構築
(b) (a) に適用可能な安定性解析手法の提案
(c) 電力損失が発生するメカニズムの解明
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、排熱（温度差）を電気に変換する熱電池へ接続するための電力変換回路の開発を行う。熱電池の出力電力のみを用いて、電力変換回路に含まれる全ての回路素子を駆動させることが可能な回路構成（独立駆動）をベースとした「熱電池を有する独立駆動電源」の回路動作を数値シミュレーションを用いて解析し、得られた解析結果を回路性能の高性能化へフィードバックすることを主目的とする。
事前取組として、同回路の簡易動作解析を行った結果、熱電池の出力電圧変動に伴い、回路動作波形が定性的に変化する分岐現象の発生を確認した。更に、分岐現象の発生が回路性能(電力変換効率) に影響を及ぼしている可能性も見えてきた。そこで、本電源回路に生じる分岐現象を解析し、回路理論の発展および高性能な熱電池を有する独立駆動電源の創出へフィードバックする。
以上を踏まえ、実施期間内に(a) 熱電池を有する独立駆動電源の等価回路の構築、(b) (a) に適用可能な安定性解析手法の提案、(c) 電力損失が発生するメカニズムの解明に取り組む。
2023年度は、上記取組項目の内、(a)および(b)を実施し、数値シミュレーションに基づく回路動作解析を行った。熱電池を有する独立駆動電源の等価回路および回路方程式を導き、数値積分法をベースに電流波形および電圧波形を可視化するためのシミュレータを開発した。本シミュレータにはGUIを実装しており、任意に回路パラメータを変更でき、リアルタイムに回路動作を可視化する機能を織り込んだ。本シミュレータを用いて、回路の基本動作を解析した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究は、実施期間内に以下の3 項目に取り組む予定である。
(a) 熱電池を有する独立駆動電源の等価回路の構築
(b) (a) に適用可能な安定性解析手法の提案
(c) 電力損失が発生するメカニズムの解明
当初計画では、2023年度は項目(a)のみに取り組む予定であったが、問題が生じることなく順調に研究が進展したことにより、項目(a)に加えて、次年度に取組予定であった項目(b)に前倒しで取り組むこととなった。項目(b)で実装する安定性解析手法の基礎となる、ルンゲクッタ法に基づく回路動作解析手法を計算機実装し、基本的な回路動作の検証を終えた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度は、熱電池を有する独立駆動電源の安定性解析を行う。具体的には、これまでに開発したルンゲクッタ法に基づく回路動作解析手法に対して、モノドロミ行列をベースとした安定性解析アルゴリズムを追加実装する。本回路は、高次元かつスイッチングを伴う複雑な回路動作を呈するため、行列式の計算が比較的容易であるPythonまたはMATLABを用いた計算機実装を行う。また、計画が順調に進展した場合、回路パラメータを広範囲で変化させ、回路動作の調査を行う。
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