2020 Fiscal Year Annual Research Report
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19H02123
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
堀 洋一 東京理科大学, 理工学部電気電子情報工学科, 教授 (50165578)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
畑 勝裕 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (70837294)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 電気自動車 / ワイヤレス給電 / 走行中給電 / インフラ構築 / ロバスト性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は走行中の電気自動車に非接触で直接エネルギー供給を行うインフラ構築を念頭に置き，諸種のパラメータ変動に強いシステムを実現するために必要な基盤技術の開発を目的とし，実用性を強く意識した研究開発に取り組んでいる。
本研究では磁界共振結合方式の改良を基本とし，ハードウェア構成と制御系の工夫によって，いかに現実的なシステムを構築できるかを検討している。走行中ワイヤレス給電の地上側設備は長距離にわたって敷設するため，きわめて簡単なものにしなければならないが，これほど大規模なシステムを安価に，そして大量に導入するとなれば，各部品の製造誤差や環境変化による影響を真剣に考えなければならない。そのため，①地上側の送電設備はきわめて簡単でなければならないがクルマ側は多少手の込んだシステムでもよい，②特性変化に対するロバスト制御が鍵をにぎる，③自動走行の技術を活かすなど，停車中給電では必ずしも必要でなかった要求を解決しなければならない。これらの観点に基づいて，真に将来につながる走行中ワイヤレス給電の研究開発に取り組んだ。
2020年度は走行中ワイヤレス給電のロバスト化に向けた研究課題の具体的な項目として，1. パラメータ変動による特性変化の解析，2. パラメータ変動に強いシステム設計，3. 外乱や変動を考慮したロバスト制御，の3つに注力して研究開発を行った。また，これら以外の関連技術として，4. 追加のセンサを用いない車両検知，5. 高速な過渡現象の解明と制御応用，6. 金属異物検知の基礎実験についても取り組んだ。ここでは詳細を省略するが，これらの成果を多くの学会や論文等で発表することで情報発信にも取り組んだ。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
走行中ワイヤレス給電のロバスト化に向けた3つの研究課題において得られた研究成果は下記の通りであり，おおむね順調に進展している。
1. パラメータ変動による特性変化の解析：磁界共振結合方式のワイヤレス給電では，電力伝送に用いるコイルと共振条件を調整するコンデンサの製造誤差や環境変化の影響が生じる。本研究では諸種のパラメータ変動が伝送特性に与える影響の傾向や度合いを見積るため，ワイヤレス給電システムを特徴づける結合係数やQ値のほか，送電側および受電側の共振ずれの大きさに着目し，パラメータ変動に対する特性変化の解析手法を確立した。
2. パラメータ変動に強いシステム設計：先述の解析手法に基づき，補償あるいは抑圧すべきパラメータ変動に見通しを立てるため，ハードウェア構成と制御系で対処すべき課題の見極めとシステム設計について検討を行った。ハードあるいはソフトの一方に固執することなく，回路構成と制御系の統合設計についても検討を行い，回路設計と制御設計でそれぞれ重視すべきポイントを整理した。
3. 外乱や変動を考慮したロバスト制御：実条件で不確かな外乱やパラメータ変動が生じるシステムにおいて，これらの影響を低減するロバスト制御が現実的なシステム構築の鍵をにぎる。しかし，2. の課題における検討より，制御系だけに固執することなく，ハードウェア構成とも連携すべきという認識を強めたため，本研究ではロバスト制御などの制御系設計だけでなく，ハードウェア構成を意識した個別の制御手法についても検討を行った。
このほか，走行中ワイヤレス給電のインフラ構築における重要な課題として，4. 追加のセンサを用いない車両検知，5. 高速な過渡現象の解明と制御応用，6. 金属異物検知の基礎実験，についても取り組んだ。
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| Strategy for Future Research Activity |
基本的には走行中ワイヤレス給電のロバスト化に向けた3つの研究課題を継続して実施する。その中で，それぞれ得られた研究成果を活かしながら，これらの技術の連携・融合をもって，真に将来につながる走行中ワイヤレス給電システムを構築する。本研究課題の今後の推進方策を下記に示す。
1. パラメータ変動による特性変化の解析：本課題では諸種のパラメータ変動が伝送特性に与える影響の傾向や度合いを見積るため，ワイヤレス給電システムを特徴づける結合係数やQ値のほか，送電側および受電側の共振ずれの大きさに着目し，パラメータ変動に対する特性変化の解析手法を確立した。今後は，電力伝送に用いるコイルや共振条件を調整するコンデンサの製造誤差や環境変化の影響を考慮した特性解析および実証実験を実施する。
2. パラメータ変動に強いシステム設計：これまでに得られた特性変化の解析手法をベースとして，補償あるいは抑圧すべきパラメータ変動に対してハードウェア構成と制御系で対処すべき課題を切り分け，回路トポロジーや制御構造などを工夫したシステム構築を行う。特に，これまでの成果を実機システムに落とし込んで評価を行うことを目標にして研究開発を行う。
3. 外乱や変動を考慮したロバスト制御：実条件で不確かな外乱やパラメータ変動が生じるシステムにおいて，これらの影響を低減するロバスト制御が現実的なシステム構築の鍵をにぎる。しかし，2. の課題における検討より，制御系だけに固執することなく，ハードウェア構成とも連携すべきという認識を強めたため，本研究ではロバスト制御などの制御系設計だけでなく，ハードウェア構成を意識した個別の制御手法についても引き続き検討を行う。また，これらの実装手段や汎用性を検討し，2.の実機システムの構築に役立てる。
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