2022 Fiscal Year Annual Research Report
Control technology for improving robustness in underwater wireless power transfer
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20K04432
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| Research Institution | National Institute of Technology, Toyama College |
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Principal Investigator |
古川 裕人 富山高等専門学校, その他部局等, 教授 (30238670)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石田 弘樹 岡山理科大学, 理学部, 准教授 (50413761)
経田 僚昭 富山高等専門学校, その他部局等, 准教授 (50579729)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ワイヤレス給電 / 非エルミート系 / PT対称性 / 海中 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究期間３年の最終年度にあたる本年度は、システムの設計と製作を行い、パリティ・時間（PT）対称性の導入により、作製したシステムが目的の性能と機能を有することを実験的に確認した。
海中のワイヤレス給電は、潮の流れや波などにより給電対象の位置が動的に変動する。また、その動きや速度は不規則であるから、位置ズレに対する応答速度が速く、堅牢なシステムが求められる。PT対称性ワイヤレス給電は、コンピュータ制御などに頼ることなく自然な物理現象を利用しているため、その応答速度も非常に速いことが知られており、本研究目的に対して有効な手法であると考えられる。しかし、未検討の課題としては、第一に海水のような導電性の高い媒質では、交流磁場による渦電流損が発生するので、ワイヤレス給電の損失要因となる渦電流損を可能な限り軽減するための条件を見出す必要がある。第二に長い伝送距離が必要である。実際の応用を考えれば、出来る限り給電スポットと給電対象の距離（伝送距離）が遠い方が好ましい。伝送距離とコイルサイズは、比例関係にあるため、大きなコイルを使えば、伝送距離を長くすることができるが、給電対象に内蔵できる受電コイルのサイズには制限があるため、受電コイルのサイズを変えずに伝送距離を伸ばす方法が求められる。
海水中の電力損失については、30kHz程度の比較的低い周波数を用いれば、海水による損失の増加を１％以下に抑えることできることを実験的に確認した。また、30kHz程度においてもPT対称性が長距離に渡って保存できることを結合モード理論から臨界磁気結合係数の理論式を導くことで確認した。
伝送距離の長距離化については、高い磁気結合係数とQ値を有するコイル形状を電磁界シミュレーションに基づいて見出すことにより、コイルサイズを変更することなく、伝送距離を研究着手前のそれに比較し1.8倍まで向上することに成功した。
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