| 研究課題/領域番号 |
22K14234
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 東京大学 |
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研究代表者 |
永井 栄寿 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 特任助教 (10898159)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | ワイヤレス給電 / GaNインバータ / 漏洩電磁界 / 高速スイッチング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では電気自動車やドローン向けの磁界共振結合を用いた大電力ワイヤレス給電システムにおいて課題である低次高調波電流による漏洩電磁界の低減技術を提案する。送電側インバータおよび受電側整流器に次世代半導体であるGaNデバイスを利用し，高速スイッチングさせることで，従来のSiCインバータおよび受動素子を用いたフィルタと同等以上の漏洩電磁界低減効果の実現を目指す。従来システムと提案システムの漏洩電磁界低減効果，電力伝送効率，重量・体積を実験により定量的に評価し有効性を示す。また，受電側高周波電圧および電流の同期ずれや共振ずれの漏洩電磁界への影響の検証や送受電電力制御にも取り組む。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は磁界共振結合を用いた大電力ワイヤレス給電（WPT）において次世代半導体として注目されているGaNデバイスを用いたインバータによる能動的な高速スイッチングにより低次高調波電流起因の漏洩電磁界を低減することである。大電力のWPT機器は漏洩電磁界を総務省が定める規制値以内に抑えることが求められている。従来手法のSiCインバータの矩形波電圧出力を用いたWPTには受動素子を用いたフィルタを挿入することにより対策がされてきたが、大電力化に伴い、フィルタが大型化することが課題である。本研究ではGaNインバータを用いた能動的な高速スイッチングにより、フィルタを用いずに漏洩電磁界を低減する手法を提案し、電動モビリティのWPT設備の小型・軽量化を実現する技術を創出する。
2022年度は、本研究で使用するkWクラスの電力伝送が可能なGaNインバータの設計・製作が完了している。また、製作したインバータを用いて100W程度の小電力での動作確認が完了している。また、従来手法として比較評価する受動素子を用いたフィルタの設計・製作が完了している。目標としていた大電力での電力伝送評価は完了しておらず、進捗状況はやや遅れているが、2023年度前半に1kW以上の電力伝送実験による評価を実施する予定である。電力を上げる際に、ヒートシンクの冷却性能が十分であるか評価も行い、不十分な場合はスイッチング周波数を下げるなどの対策を実施する。得られた研究成果は国際会議論文へ投稿を予定している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初予定の送電側GaNインバータの専用設計・製作は完了しているが、数kW～十数kWの電力伝送までは実施できておらず、冷却性能の評価もできていないため、進捗状況はやや遅れている。比較評価する受動素子を用いたフィルタの設計・製作は完了しており、製作したGaNインバータは重量および体積が十分小さく製作できていることは確認できている。
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| 今後の研究の推進方策 |
進捗状況はやや遅れているが、送電電力を徐々に上げていき、インバータの電力変換損失による熱に注意しつつ、1kW以上での実験検証を2023年度前半に完了する予定である。電力を上げる際に、ヒートシンクの冷却性能が十分であるか評価も行い、ヒートシンクの冷却性能が不十分な場合はスイッチング周波数を下げ、電力変換効率を上げるなどの対策を実施する。そのとき、低次高調波電流の低減効果が悪化し、漏洩電磁界低減効果も悪化すると予想される。電力変換効率と漏洩電磁界低減効果のトレードオフの関係を明らかにし、従来の受動素子を用いたフィルタとの比較を行う。
2023年度は当初の研究実施計画の内容である受電側整流器の製作やWPT回路部の共振ずれによる漏洩電磁界低減効果への影響の評価も行う。送受電両方にGaNデバイスを適用した能動的な高速スイッチングによる漏洩電磁界低減効果をkWクラスのWPT実験により検証し、電力変換効率の評価も行う。また、WPT回路部の共振ずれの評価も2023年度後半に行う。得られた研究成果は、国際会議論文、学術論文誌へ投稿し、発信する。
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