2020 Fiscal Year Annual Research Report
Study on wireless power transmission considering polarization and position
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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 – 2021-03-31
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| Keywords | ワイヤレス電力伝送 / kQ積 / 最大伝送効率 / Sパラメータ / インピーダンス整合 / 磁界結合 / 電界結合 / 共鳴方式 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電力を送る側の偏波の向きと電力を受ける側の偏波の向きによって電力伝送効率は影響を受ける。送る側の電界と受ける側の電界，送る側の磁界と受ける側の磁界，それぞれの結合の強さが電力伝送効率に影響する。
これまでの本研究で，磁界結合共鳴方式による無線電力伝送回路の伝送効率をSパラメータで（位相も含めて）解釈できることを明らかにしたが，今年度は，さらに，電界結合共鳴方式による無線電力伝送回路の伝送効率もSパラメータで（位相も含めて）解釈できることを明らかにした。そして，最大伝送効率ηmaxは，磁界結合型の場合と同様に，ηmax＝(sqrt(k*k*Qp1*Qp2+1)-1)/(sqrt(k*k*Qp1*Qp2+1)+1)で決まることが確認できた。この場合のQ値（Qp1，Qp2）は，並列共振回路のQ値である。また，送電側の並列共振回路のコンダクタンス成分をG1，受電側の並列共振回路のコンダクタンス成分をG2とする時，送電側はアドミタンスG1*sqrt(k*k*Qp1*Qp2+1)の電源で駆動し，受電側はアドミタンスG2*sqrt(k*k*Qp1*Qp2+1)の負荷とすることで，回路を整合させることができることが分かった。
さらに，広帯域で高効率な電界結合共鳴方式による無線電力伝送を行うことができることが分かり，例えば，10Ωの抵抗成分を含む10mHのコイル＋10.5pFのコンデンサから成る並列共振回路を100pFの静電容量で結合させ，10.6kΩの高めのインピーダンスで入力側を駆動（出力側を終端）させると，140kHz～540kHzの広い周波数範囲で95%以上の伝送効率を実現できることが分かった。
磁気結合型の電力伝送システムと電界結合型の電力伝送システムの両方に関して，整合条件や最大電力伝送効率などを，Sパラメータで（位相も含めて）統一的に解明でき，設計時に役立つ知見を得ることができた。
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