2014 Fiscal Year Annual Research Report
非接触給電におけるパワーマネージメント技術基盤の確立
| Project/Area Number |
26289115
|
|---|
| Research Institution | Chiba University |
|---|
Principal Investigator |
関屋 大雄 千葉大学, 融合科学研究科(研究院), 准教授 (20334203)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
末次 正 福岡大学, 工学部, 教授 (60279255)
魏 秀欽 長崎大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80632009)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 非接触給電 / ワイヤレス給電 / 無線電力伝送 / 高効率増幅器 / 高効率整流器 / マグネティクス / パワーエレクトロニクス |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
非接触給電において、電力伝送効率を最大化しながら、所望の出力制御を実現する、パワーマネージメントの技術基盤を確立することを本研究の目的とする。第一段階としてマグネティクス分野の視点から、無線結合部の物理的解析表現を導出し、送電・伝送・受電を「一つのシステム」とみなした統合モデルを構築する。その統合モデルにパワーエレクトロニクス分野で培われた高度な制御技術を応用し、非接触給電のパワーマネージメントを実現する。本研究の特徴はマグネティクス、パワーエレクトロニクスの分野横断型アプローチを取り、申請者の培ってきた独自技術を活かすことにある。
平成26年度はSISO(Single Input Single Output)システムにおいて、電力伝送効率最大化の理論を構築し、実験・シミュレーションによりその妥当性を実証した。具体的には同半径のコイルを１次側、２次側にもつ磁界結合部のモデル化を行った。磁界結合部を弱結合高周波トランスにモデル化することを提案し、(i)自己インダクタンス、(ii)等価抵抗、(iii)寄生キャパシタンス、(iv)結合係数を物理法則から解析的に表現することに成功した。
その上でSISO非接触給電の回路構成の提案と解析を勧めた。さらにエネルギー散逸構造の解明と電力伝送効率最大設計の理論構築に成功した。具体的にはD級、E級、DE級増幅器を含む非接触給電システムを提案し、その解析モデルおよび高効率化のための設計指針を示した。結合部のエネルギ散逸は受電側の等価抵抗と送電側の１次コイルの寄生抵抗の比に起因することを数理モデルにより明らかにした。つまり、高効率化では、受電回路の最適化、および結合部分の最適化が重要であり、具体的設計例を通して実験的に明らかにした。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画であるSISOシステムにおいては、その数理モデル化、設計理論の構築とも確立できたと考える。そのうえで、H27年度の研究課題であった、SISOシステムでの制御方法の提案、SIMOシステムの設計にも着手を開始し、両課題とも一次試作を終えて評価の段階にある。その意味で、当初の計画を前倒しして進めることができていると考える。
|
| Strategy for Future Research Activity |
H27年度は次の課題を進める。ただし１に関しては相当程度まですでに研究が進んでおり、早い段階で結論がでると考えている。
1. SISOシステムの制御機構の構築：前年度設計したSISOシステムの出力制御手法を提案し、その実装を行う。具体的には負荷変動、結合部の位置ずれに対する制御方式を検討する。研究者が持つ特許技術の導入を検討し、沖電気から提供される低電力無線通信デバイスを用いて受信側の情報を送信側にフィードバックすることを検討する。フィードバック情報は離散的になるため、送信側ではディジタル制御を適用する。
2. SIMOシステムの磁界結合部のモデル化:SIMO磁界結合部のモデル化を行う。1-1と比較して、1次側と2次側のコイルの半径の差異に起因する結合係数のモデル化を新たに検討する。また、半径が大きいコイルの中の磁場は一様でないことが予備実験により明らかとなっている。磁場の非一様性が結合係数に与える影響を検討する。
3. SIMO非接触給電の回路構成の提案と設計:磁界結合部のトランスモデルを用いて、SIMO非接触給電のシステム構成を具体的に設計する。H26年度に得た経験とノウハウを活かし、解析を進める。量産化を念頭に受電器はすべて同じパラメータを持つことを前提とし、磁場の非一様性への対策を講じる。
|
| Causes of Carryover |
次年度大きな物品を購入するために、次年度に予算を繰り越した。今年度予定していた物品は他予算で購入できたため研究計画に変更はない。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
H26年からの繰り越しとH27年度の予算でパワーアナライザを購入予定である。
|
