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高速な磁化反転を示す磁性線を受電コイルのコアに用いたワイヤレス給電の実現

研究課題

研究課題/領域番号 19K21965
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分21:電気電子工学およびその関連分野
研究機関横浜国立大学

研究代表者

竹村 泰司  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (30251763)

研究分担者 山田 努  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 助手 (70251767)
研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2019年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
キーワードWiegandワイヤ / FeCoVワイヤ / ワイヤレス給電
研究開始時の研究の概要

外径11 mmのカプセル内視鏡にはボタン電池が装着されており、それにより体内を照らすLEDやCCDカメラ、集積回路などを駆動している。血管内で駆動させることが可能な1 mm径サイズのマイクロ・ロボットが実用化すれば、診断や治療に有用であるが、電池を入れることが困難である。この課題をワイヤレス給電で解決することを目指す。
具体的には電磁誘導方式を採用し、体内には電圧を誘導する1 mm径の受電コイルを用いる。そのコイルのコア(鉄心)にパルス電圧を誘起する特殊な磁性線を使用することが本研究の特徴である。

研究成果の概要

ワイヤレス給電の新しい手法を提案し、その実現性を検証するという挑戦的な研究課題を実施した。ワイヤレス給電では、送電側からコイルにより交流磁界を発生させ、受電側のコイルに生じる電磁誘導起電力を電力として利用する。通常は受電コイルに鎖交する磁束を増大させるためにフェライトなど高透磁率の磁性体をコアとして用いる。本研究では、このコアとして特殊な磁性ワイヤを使用することが特徴である。この磁性ワイヤは受電コイルに周波数に依存しないパルス電圧を生じさせることができる。このパルス電圧から得られる電力を定量評価し、ワイヤレス給電への応用に利点があることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ワイヤレス給電は、身の回りに限ってもコードレス電話子機や電動歯ブラシなどに加え、スマートフォンの充電に使われるようになっている実用性の高い技術である。ワイヤレス給電は電磁誘導を原理とする。電磁誘導では交流磁界の時間変化率、即ち周波数に比例する電圧が得られるために、交流磁界の周波数を低減することは困難である。
本研究では印加磁界の時間変化率に依存せずに、高速な磁化反転を示す特殊な磁性ワイヤに着目し、その磁化特性を明らかにしたことは学術的に意義がある。また受電コイルのコアに使用することにより、ワイヤレス給電における交流磁界の周波数低減を可能にしたことは新規応用につながる社会的意義がある。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] Gujarat Technological University/LalbhaiDalpatbhai College of Engineering(インド)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Nanjing Institute of Industry Technology(中国)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Single-bit, self-powered digital counter using a Wiegand sensor for rotary applications2020

    • 著者名/発表者名
      Janki Chotai, Manish Thakker, Yasushi Takemura
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 20(14) 号: 14 ページ: 3840-3840

    • DOI

      10.3390/s20143840

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Improvement of pulse voltage generated by Wiegand sensor through magnetic-flux guidance2020

    • 著者名/発表者名
      Chao Yang, Takafumi Sakai, Tsutomu Yamada, Zenglu Song, Yasushi Takemura
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 20(5) 号: 5 ページ: 1408-1408

    • DOI

      10.3390/s20051408

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Wiegandセンサの基礎と応用2021

    • 著者名/発表者名
      竹村泰司
    • 学会等名
      第201回スピニクス研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 体内インプラントへの無線給電におけるWiegandワイヤの発電効率2019

    • 著者名/発表者名
      和口修平、川添駿平、酒井貴史、山田努、竹村泰司
    • 学会等名
      第43回 日本磁気学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 部分励磁したWiegandワイヤの磁化過程評価2019

    • 著者名/発表者名
      酒井貴史、山田努、竹村泰司
    • 学会等名
      第43回 日本磁気学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Wiegandワイヤを用いた小型ワイヤレス給電2019

    • 著者名/発表者名
      川添駿平、和口修平、酒井貴史、山田努、竹村泰司
    • 学会等名
      第43回 日本磁気学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 磁性ワイヤ・コイル分離型Wiegandセンサを用いた振動発電と等価回路解析2019

    • 著者名/発表者名
      飯島榛史、孫小雅、原和江、酒井貴史、山田努、竹村泰司
    • 学会等名
      第43回 日本磁気学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Battery-less device operation and wireless power transfer for sensor networks and IoT2019

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Takemura
    • 学会等名
      The 2nd International Conference on Sensor Networks and Signal Processing
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 竹村泰司(研究室ホームページ)

    • URL

      http://www.takemura.ynu.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 竹村泰司(研究者総覧)

    • URL

      https://er-web.ynu.ac.jp/html/TAKEMURA_Yasushi/ja.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      https://er-web.ynu.ac.jp/html/TAKEMURA_Yasushi/ja.html

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2019-07-04   更新日: 2022-01-27  

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