Control technology for improving robustness in underwater wireless power transfer

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K04432
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21010:Power engineering-related
• Research Institution: National Institute of Technology, Toyama College
• Principal Investigator: Furukawa Hiroto 富山高等専門学校, その他部局等, 教授 (30238670)
• 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)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ワイヤレス給電 / 非エルミート系 / PT対称性 / 海中

Outline of Final Research Achievements

We have developed a wireless power transfer (WPT) system that achieves both high robustness against coil position variations in underwater environments and low power loss in seawater. Our approach for development focuses on preserving parity-time (PT) symmetry in the low-frequency range.
Firstly, we expressed the critical coupling rate of PT symmetry in terms of circuit parameters for the resonant circuit and identified the conditions for preserving PT symmetry at low frequencies. Next, we conducted optimal coil design using electromagnetic field simulators to achieve high robustness. We ultimately succeeded in creating a prototype that satisfied our initial performance goals regarding robustness and power loss in seawater.

Free Research Field

パワーエレクトロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

海中環境下でのワイヤレス給電は、自律型無人潜水機の自動充電につながる技術であり、海洋資源調査などに貢献することができる。本研究課題を学術的な観点からみると、パリティ・時間反転（PT）対称性を利用したワイヤレス給電システムを低周波領域で実現させる課題であると言える。本研究では結合モード理論解析から低周波領域でPT対称性を保存させるための回路定数の条件を見出した。また、実機を作製し実験からもそれらの条件が正しいことを確認した。本研究成果は、海中に限らず、伝送空間に損失媒体がある場合のワイヤレス給電にとって有用な知見である。