2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of innovative electric vehicles with wireless in-wheel motor
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18H03768
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
藤本 博志 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (20313033)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
居村 岳広 東京理科大学, 理工学部電気電子情報工学科, 准教授 (30596193)
堀 洋一 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (50165578)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 電気自動車 / ワイヤレス給電 / インホイールモータ / モーションコントロール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2019年実績報告 概要（ここだけ公開） 770/800文字
自動車が走行中に排出するCO2を限りになくゼロに近づけるために，世界中の自動車メーカは電気自動車(EV)の開発を進めている。しかしながら，現在のEVは航続距離に問題があり，その普及が妨げられている。
バッテリの大型化をすることなく，この問題点を解決するために，道路の一部に送電用コイルを敷設し，走行中のEVに無線で給電する研究が世界中で行われている。申請者らは，その究極のかたちとして，車輪内に駆動用モータと蓄電デバイスを配置し，その車輪に路面から直接電力を供給する，ワイヤレスインホイールモータ方式を提案している。
本研究課題では，本技術をさらに発展させるため次世代ワイヤレスインホイールモータのための基盤的研究を行っている。さらに開発した技術を他の応用分野に発展させるための検討を進めている。
申請者らが2017年に開発した第二世代ワイヤレスインホイールモータ(W-IWM2)は，世界で初めて走行中給電に対応したインホイールモータの開発に成功したものではあるが，走行中給電の送電能力は一輪あたり9kWにすぎず，多くの部品が車輪の外にはみ出し，その搭載性が大きな課題となっていた。そこで2019年度は，走行中給電能力を20kWに大容量化した上で，受電コイル以外の部品を全て車輪内に収めた第三世代ワイヤレスインホイールモータの開発に成功した。さらに本研究では車輪内に受電コイルを搭載しIWMに給電するという未踏の研究に挑戦した。すなわち，路面からタイヤを介してIWMユニットや車体側に電力を送る構成を提案した。路面コイルから車輪内蔵コイルに給電することで走行中給電におけるコイル間ギャップが極めて小さくなるため高効率に電力を送ることが期待でき，さらにコイル間に異物が入るリスクもほとんどなくなることを示した。
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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
2019年度は，当初の計画を前倒しにして，一輪あたりの走行中給電能力を20kW，モータ出力を25kWと大出力化したうえで，車輪内に全ての駆動部品を配置する第三世代ワイヤレスインホイールモータの開発に成功し，ベンチ試験にてシステム効率92.5%を達成した。ここには，新たなワイヤレス給電用コイル設計手法として，導線の交流抵抗モデルや自己インダクタンス・相互インダクタンスの精密なモデルに基づいた最適化計算アルゴリズムを開発し，小型化・高効率化・高出力化を同時に実現可能な，2層スパイラルコイルを研究開発したことにより実現した。コイル間効率は98%を上回る革新的な成果をあげることができた。
さらにタイヤのベルト材料とホイールの材質および受電コイルの構造を工夫することにより，路面コイルからタイヤを透過して車輪内受電コイルに直接的に高効率無線給電ができる研究を行った。より具体的には，有機繊維ベルトを用いたタイヤや，特殊なCFRPを用いるホイールを用いれば，80～90kHz帯における電気磁気特性は給電に影響がないことを明らかにし，車輪内コイルの最適形状設計を行うことにより，この方式が実現可能であることを明らかにした。この基盤研究は，学術界のみならず産業界からも大いに注目をうけ，東京大学を中心とした産学連携オープンイノベーションのコンソーシアムを構成するまでに発展したことから，当初の計画以上に進展したと結論づけることができる。
さらに2019年度には，開発した多段階ワイヤレス給電技術の，他分野への応用に関する基礎研究も行い，その中で半導体・液晶露光装置の超精密位置決めステージのワイヤレス化において成果を出すことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題は今後，本技術をさらに発展させるため，磁性媒体を経由した無線給電技術や，タイヤのゴムなどの誘電体やホイールのアルミなど導体が近傍にある環境下での移動体への無線給電技術の開発をさらに進め，次世代WIWMのための基盤研究を着実に推進する。さらに開発した技術を移動体への多段階無線給電技術として一般化し，他の応用分野への適用を目指す。
より具体的に2020年度は，タイヤ内に中継コイルを装着することで，エアギャップを最小化し，給電効率の最大化と漏洩磁界の最小化を目指した研究を行う。また特殊なホイールを用いることなく車輪内コイルを成立させる新構造を検討する。送電側に関しては，漏洩磁界と損失の低減を目的とした分割コイル方式を成立させるための回路・制御方式を開発する。
さらに多段階ワイヤレス給電技術の基礎研究を進めると同時に，他分野への応用に関する応用研究も進める予定である。その中で半導体・液晶露光装置の超精密位置決めステージのワイヤレス化に関しては，試作ステージの多軸動作・制御技術をさらに進める予定である。この応用以外にも，例えば飛行物体への給電といった全く新しい応用分野への挑戦は引き続き行う予定である。
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