| 研究課題/領域番号 |
21K04036
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21010:電力工学関連
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| 研究機関 | 岡山理科大学 |
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研究代表者 |
石田 弘樹 岡山理科大学, 理学部, 教授 (50413761)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | ワイヤレス給電 / 空間・時間反転対称性 / ロバスト性 / PT対称性 / ＰT対称性 / インバータ / DCDCコンバータ / 磁界共鳴方式 / 結合モード理論 / パリティ・時間対称性 / 高ロバスト / スイッチングモードアンプ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
磁気共鳴方式のワイヤレス給電では、給電コイルと受電コイルの間の距離が変化すると伝送電力も変化してしまう。伝送電力は常に一定であることが望ましいため、給電コイルと受電コイルの間の距離が変化しても伝送電力が一定になるような電力制御を行う必要がある。本研究では、2017年に発表された時間・空間反転対称性の原理を利用してこの制御を行う。時間・空間反転対称性を利用することで、これまで課題であった応答性の劇的な改善が期待できる。応答性を改善することで高速で移動する給電対象へのワイヤレス給電を目指す。
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| 研究成果の概要 |
磁界共鳴方式のワイヤレス給電に空間・時間反転（PT）対称性を与えることで、コイルの位置が変動した場合でも安定した無線給電が成させるシステムの開発を行った。本研究では、給電コイルと受電コイルの間の距離（伝送距離）、コイル間の位置ずれ、更にはコイルの向きの変動に対して、広い範囲でPT対称性を保存することができるシステム構成を理論解析およびコンピューターシミュレーションを用いて探求した。
研究の結果、コイル形状の最適化、PT対称性に適した共振回路トポロジー、DCDCコンバータによる見かけの負荷抵抗の調整により、伝送距離およびコイル間の位置ズレは研究開始前の約２倍に向上させること成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
空間・時間反転（PT）対称性を応用したワイヤレス給電の研究は、米国や中国で盛んに行われているが、日本国内では研究が行われていない現状があった。本研究課題では、単に動作原理の理解だけに留まらず、この分野の発展に繋がる幾つかの知見を見出すことができた。また、理論解析のみに留まらず、理論解析結果に基づきシステム（実機）の開発も行った。開発したシステムは、理論予測通りの電力伝送性能を有していることを確認した。また、本システムは製造コストや動作安定性からも、実用性が高いことが確認された。現在、民間企業と共同で実用化を目指し開発を進めており、更なる発展が期待できる。
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