2021 Fiscal Year Research-status Report
一線式によるデータと電力同時伝送システムとSmart EMCへの適用研究
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21K04043
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
都築 伸二 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (60236924)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉本 大志 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 助教 (40780424)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 電磁環境の認識 / 雑音の抑圧制御 / クレーンワイヤ / 電力伝送 / G3-PLC / 磁気飽和 / 高調波ノイズ / 線路推定結果の2次利用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究の目的：これまでできなかった稠密な電磁環境のモニタリングが，IoT(Internet of Things)によって可能となることに着目した研究である。従来のEMC技術は単に電気機器単体で，かつ出荷時の性能を担保するに留まっていた。しかし，IoTを利活用すれば自身の経年劣化や故障に伴う障害発生を抑えたり，EMC規格は満たしていても所要SNRを満足していない状況を改善できるはずである。
今年度対象とした車載クレーンのワイヤーロープを用いた情報と電力の同時伝送システムでは、滑車（シーブと呼ぶ）を介してワイヤーロープが電気的にループ回路を形成することに着目し、筆者らが考案した一線式PLC(Power-Line Communication)システムを適用した。これは，通常のPLCとは異なる電流駆動型であり，かつワイヤとは非接触であるため，ワイヤーロープ通信にも適しているためである。本年度は同じ構造で電力も同時に伝送できることを実証する。またこの時に発生するノイズを例に、2022年度にSmart EMCシステムを提案する。
研究実施方法と結果：従来システムでは筆者らが考案した一線式PLCにて非接触で通信が行えることを実証することが目的であったため、信号源の出力インピーダンスは50Ωであり、最大1W 程度しかフックで受電できなかった。
今年度，送電側にパワーアンプを挿入し，また受電側に力率改善コンデンサを挿入した結果，ワイヤー長30m において最大73W まで受電可能になり、当初受電目標の50W以上の成果を得た．また，この73W受電時、高調波ノイズが発生していることを確認したうえで、同じワイヤーで行ったPLC（G3-PLC規格準拠）に及ぼす影響について考察した．このノイズを例に2022年度はSmart EMCシステムの具現化方法を検討する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
50Wを超える電力を受電できるようになった点は、当初計画以上に進展した。しかし、以下の点が遅れている。
ワイヤーロープ長Lに追従するよう電力源の発振周波数を線形に変化（チャープと呼ばれている）する電源を使用する予定であるが、この開発が遅れている。
また、ワイヤーロープから漏れ出す雑音(高調波成分)が，最終的には伝導雑音として自動車内部のCAN bus上に重畳される過程を伝達関数として定式化する予定であるが、遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
雑音のモデル化とその抑圧技術を2022年度は開発する：
ルネサス社製のPLC装置（G3-PLC規格）のソフトウェアを改造して、各サブチャネル毎のSNR値
を得る予定であったが、この改造が困難であることが判明している。そこで本研究では、当該PLC装置は使用せず、独自に各サブチャネル毎のSNR値を得ることにする。工程が遅れているチャープ式の電力源の開発を行い、オシロスコープで測定した値をFFTして得られるスペクトルと比較しながら雑音モデルを作成する。
本研究で観測される高調波は、使用しているトロイダルコアの磁気飽和による非線形ノイズである。そこで，機械学習によって非線形性も表現できる雑音モデルを検討する。
ワイヤロープを伝導してCAN bus側のECU(Electronic Control Unit)で観測されるノイズを、伝達関数で定式化する作業が2021年度遅れたため、これを挽回する。その後、ECUの所望SNRを考慮しながら，ワイヤーロープ側電源周波数と振幅をフィードバック制御して抑圧する方法を検討する。
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| Causes of Carryover |
当初
HSA4014・1MHzバイポーラ電源、990,000円、および
RSA306B・USBスペクトラムアナライザ（631,000円×2台）を購入予定であったが、予定していたPLC装置が使えないことが判明したため、その対処内容が決まるまで、購入を控えることにしたため。対処内容は2022年度に決める予定であり、それに応じて、予算を執行する。
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