2018 Fiscal Year Research-status Report
偏波面の情報とGPS測位情報を共有する高効率なミリ波ワイヤレス給電システムの開発
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17K06329
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| Research Institution | National Institute of Technology, Toyota College |
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Principal Investigator |
安藤 浩哉 豊田工業高等専門学校, 情報工学科, 教授 (30212674)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ワイヤレス電力伝送 / kQ積 / 最大伝送効率 / S行列 / インピーダンス整合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電磁波（磁界や電界）を用いるワイヤレス電力伝送では、伝送効率を議論する上で伝送系のＳ行列を決定する本質的なパラメータを見極めることが重要であると考え、従来からある磁気結合共振回路による伝送系をもとに伝送系を考察した結果、本研究を進める上で役に立つ多くの知見を得ることができた。
具体的には、結合係数ｋで磁気結合した２つのＲＬＣ直列共振回路の共振時のＳ行列を明らかにし、そのＳ行列を簡素化することで、Ｓパラメータが、「Ｚ１／Ｒ１（Ｚ１とＲ１は、それぞれ、入力側（ポート１側）の回路のポートインピーダンスと内部抵抗）」と「Ｚ２／Ｒ２（Ｚ２とＲ２は、それぞれ、出力側（ポート２側）の回路のポートインピーダンスと内部抵抗）」と「Ｑ１（ポート１側のＲＬＣ直列共振回路のＱ値）とＱ２（ポート２側のＲＬＣ直列共振回路のＱ値）の相乗平均×ｋ＝ｋＱ（ｋＱ積）」という３つの量で表現できることが分かった。
さらに、ポート１側で反射係数が０になる条件（ポート１側の整合条件）が（Ｚ１／Ｒ１－１）×（Ｚ２／Ｒ２＋１）＝ｋＱ×ｋＱであり、ポート２側で反射係数が０になる条件（ポート２側の整合条件）が（Ｚ１／Ｒ１＋１）×（Ｚ２／Ｒ２－１）＝ｋＱ×ｋＱであるように、整合条件も３つの量で簡潔に表現することができることも分かった。
ワイヤレス電力伝送系の伝送効率は、ｋＱ積が一定の場合、２変数（Ｚ１／Ｒ１とＺ２／Ｒ２）の関数とみなすことができ、とくに、両側のポート（ポート１側とポート２側）で整合条件が成り立つ時に、ワイヤレス電力伝送系の伝送効率は最大になり、その最大伝送効率はｋＱ積のみに依存することを、簡潔に示すことができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
偏波面を考慮した伝送効率を評価・考察できるまでには至っていないが、伝送効率を理解する上で肝心な伝送系のモデル化・定式化には目途がついたと考えている。その研究成果は、２０１９年になってからの国内での口頭発表および査読付き英論文（採択決定・発表済み）という形で報告されている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの成果は、磁気的に結合する２つの共振器からなる電力伝送系の諸特性（整合条件や最大伝送効率を与える条件）を支配する本質的なパラメータを、簡潔な方法で定式化して、明らかにしたことにある。
そこで、まず、同様な方法で、静電気的な結合（電気的な結合）をする２つの共振器からなる電力伝送系の諸特性を支配する本質的なパラメータを明らかにする。その上で、アンテナ間の電力伝送効率を、アンテナ間の磁気的および電気的な結合という観点で考察し、アンテナを利用する電力伝送系の諸特性を支配する本質的なパラメータを明らかにしたいと考えている。さらには、偏波面（たとえば垂直偏波と水平偏波）毎の電力伝送を、モード別の電力伝送と考えて、モード間での磁気的な結合と電気的な結合を考えることによって、偏波別に電力伝送効率を支配する本質的なパラメータを明らかにし、偏波面を適切に利用することで高効率なワイヤレス給電システムを実現したいと考えている。
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| Causes of Carryover |
本研究では、伝送効率を考察して評価することが大切になる。現在、測定機器が搭載可能なラック上に送電用の指向性アンテナと受電用の指向性アンテナとが正対したワイヤレス電力伝送路を構成して、測定を行なっている。次年度使用額が生じた理由は、得られた伝送効率を評価するためのモデル・定式化を急いだため、偏波面の制御をおこなう高周波回路等の実験準備が遅れたからである。平成３１年度の予算では、偏波面の制御をおこなうために必要な高周波回路等に必要な部品や機材を購入する見込みである。
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Research Products
(2 results)
