| 研究課題/領域番号 |
19J20375
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
大友 佳嗣 北海道大学, 情報科学院, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| キーワード | 非接触給電 / トポロジー最適化 / ロバスト最適化 / 漏洩磁界 / 電磁シールド / 電力伝送効率 |
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| 研究実績の概要 |
電気自動車の安全性と利便性向上のため，充電ケーブルを必要としない非接触給電の普及が期待されている．従来，非接触給電装置に用いられる送受電コイルおよび，付随する磁性体形状の最適化は，設計者により定義される寸法パラメータを仮定した最適化であったため，性能の飛躍的な改善が難しいという問題があった．そこで，申請者は設計変数による制約を受けず，穴の生成・消滅を含めた自由変形により形状を探索するトポロジー最適化を，非接触給電装置の形状最適設計に適用し，全く新しい高効率な非接触給電を検討した．
非接触給電装置はコイル位置ずれに対する伝送効率のロバスト性向上と，周辺環境に対する漏洩磁界の低減を両立する必要があるため，それら２つの指標を同時に考慮し，送受電コイルに付随する磁性体形状のトポロジー最適化を実施した．最適化アルゴリズムには，遺伝的アルゴリズムを採用し，大域的最適形状の獲得を目指した．
提案法により得られた最適化形状は，伝送効率および漏洩磁界ともに，従来の棒状磁性体を用いた非接触給電に対し改善されることが明らかとなった．特に，従来形状はコイル径に対して半分以上の位置ずれが生じると，伝送効率が急激に低下するのに対し，最適化形状は低下の割合が比較的なだらかになる特性が得られた．加えて，最適化形状のプロトタイプを実際に作製し，実測した伝送効率は棒状磁性体による非接触給電を上回る結果となったため，現実のシステムに対する適用可能性および，有効性が示唆された．
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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
本年度の目標であった，送受電コイルの位置ずれを考慮したトポロジー最適化を実現したと同時に，漏洩磁界の低減も最適化により実現した．また，プロトタイプを用いた実験によっても，得られた最適化形状の有効性を示している．加えて，本年度の研究成果は，いくつかの国内学会および国際学会において報告している．以上より，本年度の進捗は，おおむね順調であったと思われる．
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は磁性体形状に対してのみトポロジー最適化を適用したが，コイル形状に対してもトポロジー最適化は適用可能であるため，今後はコイルおよび磁性体の両形状をトポロジー最適化により決定することを検討する．
また，送受電コイル内で発生する渦電流損失を考慮した最適化も，上記と合わせて検討する予定である．
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