2021 Fiscal Year Annual Research Report
Establishment of RF Power Electronics for Wireless Power Transfer
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18K04137
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
平山 裕 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70372539)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 無線電力伝送 / 結合共振 / アンテナ / マイクロ波 / パワーエレクトロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
無線電力伝送技術の学問的背景にはパワーエレクトロニクスを基盤としたものと、マイクロ波技術を基盤としたものに大別できる。無線電力伝送技術のさらなる発達のためには、これらの学問領域を統合する必要がある。
これまでの研究で、「無線電力伝送システムとは、電力の周波数とインピーダンス（実部・虚部）とモードを変換するシステムである」という考えを提唱し、これに基づく理論的モデルを作成してきた。
本研究では、この考え方に基づき、結合器（無線電力伝送のために電磁界を空間に発生させるデバイス。コイル・アンテナ・共振器など）を、モード変換の機能のみをもつ「非共振結合器（コイルなど）」と、モード変換・インピーダンス虚部変換の機能を持つ「準共振結合器（自己共振アンテナなど）」と、モード変換・インピーダンス虚部変換・インピーダンス実部変換の機能を持つ「完全共振結合器（間接給電された自己共振アンテナなど）」に分類し、電界結合・磁界結合の観点から、無線電力伝送の結合器を説明する理論を構築した。これにより、結合コイルと共振コンデンサを用い、力率補償の考え方を用いるパワーエレクトロニクスに基づく無線電力伝送システムも、自己共振アンテナを用い、複素共役整合の考え方を用いるマイクロ波工学に基づく無線電力伝送システムも、統一的に説明することができる。2021年度までの研究では、基本波に加えて、高調波までを含めた理論の体系化にとりくんだ。その上で、高周波部分での複素共役整合を、直流に変換した後のDCDCコンバータで達成する方法を考案した。これは、パワエレ技術とマイクロ波技術を本質的な部分で融合する手法であり、高周波パワーエレクトロニクス理論の有用性を示すものといえる。2022年度の研究では、実際に２系統のＤＣＤＣコンバータの制御により高周波での複素共役整合を実現する回路を設計し、実験により有用性を検証した。
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