| 研究課題/領域番号 |
20K04432
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| 研究機関 | 富山高等専門学校 |
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研究代表者 |
古川 裕人 富山高等専門学校, その他部局等, 准教授 (30238670)
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| 研究分担者 |
石田 弘樹 岡山理科大学, 理学部, 准教授 (50413761)
経田 僚昭 富山高等専門学校, その他部局等, 准教授 (50579729)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | ワイヤレス給電 / パリティ・時間対称性 / 磁界共鳴 / ロバスト性 |
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| 研究実績の概要 |
海上および海中のワイヤレス給電の応用として，自立型無人潜水機の電力伝送装置と高いロバスト性を実現する制御技術を検討している．このような装置は，送受の電力伝送部(伝送カプラ)の距離間隔に関わらず電力伝送効率と出力電力特性の高性能化が求められる．海中の電力伝送では高い導電率の海水による電力損失の増加が予想されるので，磁気結合現象に基づく磁界共鳴方式のワイヤレス給電方式を高効率の海中の無線電力伝送装置に採用する．
従来検討されている磁界共鳴方式の制御則は，効率あるいは出力電力が高くなるように装置の動作周波数を高周波数領域に採るとともに電圧およびインピーダンスを自動調整する発想に基づいている．本研究は，従来の方法とは異なるパリティ・時間（PT）対称性の原理を申請者らが考案した低周波ワイヤレス給電装置と融合して問題点の解決を図る．
PT対称性の原理を用いた伝送装置は，伝送カプラの距離が伸縮しても装置の効率と出力電力値が常に最大となるように最適な周波数が適応選択される．また低周波ワイヤレス給電装置は，カプラの鉄芯材料，コア形状と寸法が最適設計され，低周波数帯域付近で所望の動作をすることが確認されている．検討する電力給電装置の動作は，磁気結合した一組の直列共振回路の電磁エネルギーの相互変換として理論計算が可能で，申請者らは，2021年に電気学会英文論文「Application of Parity-Time Symmetry to Low-Frequency Wireless Power Transfer System」 にその詳細を論じた．さらに半導体素子を用いたスイッチングモードアンプの回路設計および製作を行い，出力電力および電力効率について検証実験を行ったところ，既に良い結果を得ているパワーオペアンプを用いたアナログ方式よりもさらに高い電力伝送効率が実現できることを確認した．
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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
電力伝送装置の理論解析，回路設計・製作および性能評価は予定どおり実施することができた，また，海水中におけるワイヤレス給電装置の実証実験を行う準備がほぼ整っている．
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| 今後の研究の推進方策 |
実験水槽を用いて人工海水中において低周波帯で動作するアナログ方式およびスイッチングチングモードアンプを用いたPT対称性ワイヤレス給電システムを構築し，その定常特性（出力電力，電力効率，伝送距離，ロバスト性）について評価する．さらに，連続的に電力伝送距離が変化する場合の過渡応答特性について評価する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
ワイヤレス給電システムを開発するための電子部品や機器の購入を予定していたが，世界的な半導体部品の不足により，今年度の予算で購入できなかった部品や物品があった．繰り越した予算は，令和3年度に入手できなかった電子部品や機器の購入に充てる．
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