| 研究課題/領域番号 |
18K04262
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| 研究機関 | 豊橋技術科学大学 |
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研究代表者 |
田村 昌也 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50736410)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 水中無線電力伝送 / 無線電力伝送 / 電界結合 / 海水 / 電気二重層 / 導電性 |
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| 研究実績の概要 |
電界方式ワイヤレス電力伝送は４枚の平板電極からなるシンプルな結合器からなり、システムの軽量化に適しており、またフェライトや金属による遮蔽も不要であるため主に移動体への給電技術として研究が進められている。一方、海水中に適用した場合、その高い導電率のため海水のQ値が低下し高効率化が困難である。そこで、本研究は海水中での電界方式ワイヤレス電力伝送の実現を目的とし、令和元年度は、電極サイズとQ値の関係式を導出して電磁界解析の材料パラメータを作成し、解析により結合器の形状と効率の関係を明らかにした。その結果、容量性結合による電力伝送経路のほか、海水の導電性結合による電力伝送経路が存在することが分かったことから、令和２年度は、この導電性を積極的に活用して高効率電力伝送の実現を図った。まず、高い導電性を有する海水中での結合器の等価回路を明らかにし、そのインピーダンス行列と理論最大電力伝送効率の関係から効率向上のキーとなるパラメータを明らかにした。そのキーパラメータは送受電電極の導電性による自己結合と対角間の相互結合であり、これらを低減することで高効率化が実現できることが分かった。この知見をもとに結合器の構造を新しく考案し、構造の最適化を行った結果、kQ積が100以上向上した。実際にプロトタイプを作製し、結合器の散乱行列から効率を算出した結果、6.78 MHzで最大伝送効率94.5%を達成した。また、入力電力を約1 kWまで上昇させても効率の低下は見られなかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
令和２年度に実施を予定していた研究はすべて計画通り進み、最大電力伝送効率94.5%を達成した。本結果をもとに査読付き学術論文としてIEEE transaction on Microwave Theory and Techniques １件、査読付きレター IEICE Communications Express ２件、マイクロ波の分野で最も権威ある国際会議の１つである査読付き国際会議論文IEEE Int. Microwave Symp. １件という大きな成果も得た。最終年度の実機へ搭載した上での電力伝送実験に向けた設計もすでに進めており、本年度の目標を達成したと判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
電気二重層結合器を用いた海水中での電力伝送実験の実施のほか、等価回路解析から海水の導電率が伝送効率に与える影響の物理的意味を明らかにすることで高効率電力伝送を実現した。今後は、整合回路およびバランを介してRFで電力を送電し、整流回路でDC電力に変換した後、バッテリを充電して実際に水中ドローンの駆動実験を実施する。
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