2015 年度実施状況報告書

非接触電力伝送の高効率化に向けた電力計測技術の確立

研究課題

研究課題/領域番号	26420396
研究機関	東京都市大学
研究代表者	桐生昭吾東京都市大学, 工学部, 教授 (00356908)
研究分担者	堂前篤志国立研究開発法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (20357552)
研究期間 (年度)	2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード	分圧器 / 負荷効果 / 精密抵抗器 / ケーブルの浮遊容量
研究実績の概要	現在、普及が進んでいる非接触電力伝送では、数百Hzから10 MHz程度までの周波数で電力伝送を行う。しかしながら、この周波数帯での電力測定技術は確立されていない。そこで、本課題では、前記の周波数領域で1 %以内を目指した電力測定技術に関する基礎的研究を行なっている。これまでの期間で、精密抵抗器を用いて分圧器を作製し、分圧器の評価を行っている。これまで、分圧器を構成する抵抗器の浮遊容量成分により、分圧精度が劣化することが判明している。分圧器を同種の同じ値の抵抗器で構成することにより、浮遊容量による分圧精度の劣化を軽減できることを理論的に求めた。２７年度から、作製した分圧器を精密デジタルマルチメータにより評価を行っている。この測定結果において、周波数が上昇するにつれて、分圧器の浮遊容量では、説明できない分圧精度の劣化が測定された。この原因が、測定ケーブルの浮遊容量と測定器の入力容量による負荷効果であることが明らかになった。分圧器の浮遊容量は数pFであるが、測定器の浮遊容量は数百pFにも及び、またケーブルの浮遊容量も数十から数百pFに及ぶことが測定により明らかになった。これらの浮遊容量により分圧精度が悪化し、分圧器の浮遊容量をいくら下げても、測定器の負荷効果により、測定困難であることが明らかになった。回路モデルを用いて、負荷効果を計算したところ、分圧器用に使用予定している10 kΩの抵抗器を用いた分圧器では、10:1の分圧比でも1 %の測定精度を達成できないことが明らかになった。分圧器を構成する抵抗器を100 Ωのもので計算した場合、10 MHzで 1%の分圧比精度（10:1の場合）を実現するには、分圧器に繋げる測定系のケーブルを含めた入力容量は、1 pF以下にしなければならないことが明らかになった。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 4: 遅れている理由分圧器の評価を行なっている過程で、測定器の負荷効果の影響が非常に大きいことが明らかになった。そのため、従来の測定器をそのまま使って評価することができないことが判明した。現在、精密評価を行える市販のデジタルマルチメータの入力容量は、100 pF以上である。また、数十ｃｍのケーブルは数十pFの容量を有している。このため、ケーブルを含めた測定系を見なおさない限り、精密評価が困難であることが判明した。回路モデルで計算したところ、これまで想定していた10 kΩの抵抗器で分圧器を作製した場合、これに繋ぐ測定系の入力容量は0.1 pF以下にしなければならず、実現は極めて難しいことが分かった。このため、分圧器自体も抵抗値の小さい抵抗器で作製する必要があり、また、この分圧器を繋いだ場合の負荷効果も検討する必要があることが分かった。以上の点から、まず、負荷効果の影響を徹底的に解析すること、分圧器の構成の見直し等が必要になり、研究の遅れが生じている。
今後の研究の推進方策	まず、分圧器に使う抵抗器の抵抗値を100 Ωとして、設計のやり直しと作製を行う。また、入力容量 1 pF以下を持った測定器は調べてた範囲では市販されていない。また、測定ケーブルは、見積もりでは数cm程度としなければならないため、極めて低入力容量のプリアンプが必要である。そこで、早急に、このようなプリアンプを設計、自作予定である。幸い0.1 pF以下の低入力容量を持ったopアンプが市販されており、これを用いてプリアンプを早急に自作予定である。また、測定ケーブルを可能な限り短くする必要があり、前記のopアンプを組み込んだ電圧測定プローブを自作する予定である。このプリアンプを作製したとしても、これに繋げる測定器の負荷容量が依然として大きく、測定精度が劣化する可能性がある。これを防ぐために、低入力容量opアンプの直後（出来る限り短い接続距離）で、AD変換することが必要になる。このようなプローブを提案し、設計を行う予定である。これらの測定系を整備し、分圧器の評価、また分流器の評価を行い、課題研究を加速する予定である。
次年度使用額が生じた理由	研究のために購入した物品が予定していた金額より安価で済んだため。
次年度使用額の使用計画	平成２８年度の消耗品購入に当てる。