2018 Fiscal Year Research-status Report

A wireless power transfer system with multi coils for autonomous underwater vehicles

Research Project

Project/Area Number	18K13936
Research Institution	Tokyo University of Marine Science and Technology
Principal Investigator	米田昇平東京海洋大学, 学術研究院, 助教 (50815678)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	高周波インバータ / 共振周波数 / 位置ずれ / 負荷変動
Outline of Annual Research Achievements	本研究課題では，自律型無人探査機などの水中探査機のバッテリの充電方法として，送受電側それぞれに複数個のコイルを有する非接触給電システムを検討している。平成30年度は高周波インバータの制御法を中心に検討し，その際に共振周波数の理論的検討と実験による高周波インバータの制御特性の評価を行った。まず，共振周波数の理論的検討を行い，送受電コイルの位置ずれと負荷の変動における共振周波数の変化を解析した。そして，高周波インバータに共振周波数追従制御を適用し，位置ずれや負荷変動が生じた場合であっても共振周波数を良好に追従可能であることを確認した。この際，予め水中探査機に適した共振周波数を検討し，探査機は位置ずれが激しいと考えられるため，位置ずれが生じても負荷側が電圧源動作となる共振周波数を選択した。次に，電力伝送と送受電コイルの位置ずれの検出を同時に可能にするため，共振周波数が位置ずれのみに依存すると仮定できる条件を検討した。本研究では複数個の送受電コイルを用いるため，位置ずれにより結合係数が低くなった際は電力伝送を休止し，結合係数の高いコイルに配線を切り替える。そのために，共振周波数追従制御を適用して電力伝送を行いつつ，共振周波数の変化から位置ずれを検出する。抵抗負荷を用いて検討した条件における実験を行い，共振周波数の変化が位置ずれのみに依存する傾向を確認した。さらに，これらの検討を複数の共振回路のパターンで検討し，各共振回路の構成における共振周波数の変化や動作条件の違いを明らかにした。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 共振周波数の理論的解析により，水中探査機に適した共振周波数を検討し，その共振周波数を共振周波数追従制御で良好に追従可能であることが実験により確認できた。この際，高周波インバータによって電力伝送と送受電コイルの位置ずれの検出が両立可能であることが確認できたため，おおむね順調に進展している。
Strategy for Future Research Activity	今後，整流器の主回路および制御回路の開発を行い，整流器のスイッチング動作により負荷電圧の制御を行う。そして，送電側インバータによるコイルの位置ずれの検出と受電側整流器による負荷電圧の制御が両立可能な制御アルゴリズムを検討する。また，別の方法として，高周波インバータによる負荷電圧の制御も検討しておく。シミュレーションによる動作の検討が完了次第，実験回路の作製を行い，動作を検討する。