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2019 年度 実施状況報告書

偏波面の情報とGPS測位情報を共有する高効率なミリ波ワイヤレス給電システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 17K06329
研究機関豊田工業高等専門学校

研究代表者

安藤 浩哉  豊田工業高等専門学校, 情報工学科, 教授 (30212674)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワードワイヤレス電力伝送 / kQ積 / 最大伝送効率 / S行列 / インピーダンス整合 / 誘導性結合型共振回路 / 容量性結合型共鳴方式
研究実績の概要

前年度(平成30年度)の磁気結合共振回路による電力伝送系のS行列を用いた考察に引き続き、平成31年度は容量性結合をする共振回路による電力伝送系のS行列を用いた考察によって、誘導性結合をする共振回路のみならず容量性結合をする共振回路を用いた電力伝送系においても電力伝送効率を決定する本質的なパラメータを見極めることができ、近傍界といわれる領域での無線電力伝送ではあるが、無線電力伝送に関わる研究を進める上で一般的に役立つ多くの知見を得ることができた。
具体的には、結合係数kで容量性結合した2つのRLC並列共振回路の共振時のS行列を明らかにし、そのS行列を簡素化することで、Sパラメータが、「Y1/G1(Y1とG1は、それぞれ、入力側(ポート1側)の回路のポートアドミタンスと内部コンダクタンス)」と「Y2/G2(Y2とG2は、それぞれ、出力側(ポート2側)の回路のポートアドミタンスと内部コンダクタンス)」と「Q1(ポート1側のRLC並列共振回路のQ値)とQ2(ポート2側のRLC並列共振回路のQ値)の相乗平均×k=kQ(kQ積)」という3つの量で表現できることが分かった。
さらに、ポート1側で反射係数が0になる条件(ポート1側の整合条件)が(Y1/G1-1)×(Y2/G2+1)=kQ^2であり、ポート2側で反射係数が0になる条件(ポート2側の整合条件)が(Y1/G1+1)×(Y2/G2-1)=kQ^2であるように、整合条件も3つの量で簡潔に表現することができることも分かった。
無線電力伝送系の伝送効率は、kQ積が一定の場合、2変数(Y1/G1とY2/G2)の関数とみなすことができ、とくに、両側のポート(ポート1側とポート2側)で整合条件が成り立つ時に最大になり、その最大伝送効率はkQ積のみに依存することが分かった。前年度の結果と合わせ、位相情報も含めた統一的な解釈を可能にした。

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

近傍での(比較的低いインピーダンスの)誘導性結合型電力伝送系の伝送効率と近傍での(比較的高いインピーダンスの)容量性結合型電力伝送系の伝送効率を統一的に把握できるようになり、近傍での伝送系の統一的な解釈(モデル化・定式化)には目途がついたと考えている。しかしながら、校務多忙により、この統一的な解釈(モデル化・定式化)は論文にまとめている途上である。また、遠方で偏波面を考慮した伝送効率を評価・考察できるまでには至っていない。

今後の研究の推進方策

近傍での(比較的低いインピーダンスの)誘導性結合型電力伝送系の伝送効率と近傍での(比較的高いインピーダンスの)容量性結合型電力伝送系の伝送効率の統一的な解釈についてまとめた論文を発表する。
近傍での統一的な解釈を遠方での電力伝送系の伝送効率に拡張できるかを検討しつつ、送電側アンテナと受電側アンテナの位置や向きを変えながら偏波面が伝送効率に及ぼす影響を評価・考察する。

次年度使用額が生じた理由

平成31年度は公務多忙により補助事業期間延長承認申請を行った。
これまでに得られた誘導性結合型電力伝送系の伝送効率と容量性結合型電力伝送系の伝送効率の統一的な解釈に関する知見を活かしながら、偏波面が電力伝送系の伝送効率に及ぼす影響を評価・考察し、伝送効率に応じて偏波面が制御できる無線電力送電系を実現する。

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公開日: 2021-01-27  

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