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

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K06329
• Research Institution: National Institute of Technology, Toyota College
• Principal Investigator: 安藤 浩哉 豊田工業高等専門学校, 情報工学科, 教授 (30212674)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 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 / 誘導性結合型共振回路 / 容量性結合型共鳴方式

Outline of Annual Research Achievements

前年度（平成３０年度）の磁気結合共振回路による電力伝送系のＳ行列を用いた考察に引き続き、平成３１年度は容量性結合をする共振回路による電力伝送系のＳ行列を用いた考察によって、誘導性結合をする共振回路のみならず容量性結合をする共振回路を用いた電力伝送系においても電力伝送効率を決定する本質的なパラメータを見極めることができ、近傍界といわれる領域での無線電力伝送ではあるが、無線電力伝送に関わる研究を進める上で一般的に役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で容量性結合した２つのＲＬＣ並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、「Ｙ１／Ｇ１（Ｙ１とＧ１は、それぞれ、入力側（ポート１側）の回路のポートアドミタンスと内部コンダクタンス）」と「Ｙ２／Ｇ２（Ｙ２とＧ２は、それぞれ、出力側（ポート２側）の回路のポートアドミタンスと内部コンダクタンス）」と「Ｑ１（ポート１側のＲＬＣ並列共振回路のＱ値）とＱ２（ポート２側のＲＬＣ並列共振回路の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（Ｙ１／Ｇ１－１）×（Ｙ２／Ｇ２＋１）＝ｋＱ＾２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（Ｙ１／Ｇ１＋１）×（Ｙ２／Ｇ２－１）＝ｋＱ＾２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。
無線電力伝送系の伝送効率は、ｋＱ積が一定の場合、２変数（Ｙ１／Ｇ１とＹ２／Ｇ２）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が分かった。前年度の結果と合わせ、位相情報も含めた統一的な解釈を可能にした。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

近傍での（比較的低いインピーダンスの）誘導性結合型電力伝送系の伝送効率と近傍での（比較的高いインピーダンスの）容量性結合型電力伝送系の伝送効率を統一的に把握できるようになり、近傍での伝送系の統一的な解釈（モデル化・定式化）には目途がついたと考えている。しかしながら、校務多忙により、この統一的な解釈（モデル化・定式化）は論文にまとめている途上である。また、遠方で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。

Strategy for Future Research Activity

近傍での（比較的低いインピーダンスの）誘導性結合型電力伝送系の伝送効率と近傍での（比較的高いインピーダンスの）容量性結合型電力伝送系の伝送効率の統一的な解釈についてまとめた論文を発表する。
近傍での統一的な解釈を遠方での電力伝送系の伝送効率に拡張できるかを検討しつつ、送電側アンテナと受電側アンテナの位置や向きを変えながら偏波面が伝送効率に及ぼす影響を評価・考察する。

Causes of Carryover

平成３１年度は公務多忙により補助事業期間延長承認申請を行った。
これまでに得られた誘導性結合型電力伝送系の伝送効率と容量性結合型電力伝送系の伝送効率の統一的な解釈に関する知見を活かしながら、偏波面が電力伝送系の伝送効率に及ぼす影響を評価・考察し、伝送効率に応じて偏波面が制御できる無線電力送電系を実現する。