高齢者支援・介護福祉機器用バリアフリー給電システムの開発に関する研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13780668
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 佐藤 文博 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (60323060)
• Keywords: 非接触 / 電力伝送 / 電動車椅子 / バリアフリー / 伝送コイル / 電気二重層コンデンサ / 電磁誘導 / 介護支援

Research Abstract

今回は介護機器の代表例である電動車椅子を用い、メンテナンスの必要がなく、その稼動にも手間が要らない電力供給の自動化を目指したバリアフリー型のシステム構築を行った。耐環境性に優れ、感電等の心配がないコイル間の電磁結合を用いた非接触給電システムを床面に構成し、電動車椅子への安定な電力供給を目的とした装置の製作、検証,そして昨年度に続き、非接触給電システムの改良、評価を行った。受電側コイルの改良としては、走行面(床)に多少の凹凸があっても走行に支障がでないように構成を考慮した。送受電コイル間ギャップ最適化としては、データ取得を目的とした評価を行い、最適なギャップを取得した。一方ある閾値を超えると急激な磁気結合の減少が見受けられたため、送受電コイル間ギャップを2mm〜4mmに設定した。電力変換回路の改良では、キャパシタ電圧に関係なく一定の効率で充電できるように回路を改良し,キャパシタの電圧が27V付近まで一定の電流で充電できるようになった。励磁コイルの改良は、車椅子の進行に合わせて送電コイルを切り替えるようなシステムを作成し,車椅子の進行に合わせて送電コイルを切り替える事により、車椅子を稼働させながら給電可能となった。将来を見据え、位置情報を利用した給電方式の検討として、車椅子電力が充電必要電圧になった場合、最も近接な給電ポイントを確定し、自立的に給電ポイントヘ移動して充電するシステムも検討した。前述の結果を応用することにより、本システムに必要である各送電側コイルの任意励磁・車椅子の位置情報取得・車椅子の自動走行・誘導が実現可能である事がわかった。リアルタイム制御(フィードバック制御)の検討としては、受電側の計測データにより給電側マッチングが可能かどうかを検討し,その結果計測データに対応した給電側マッチング操作をリアルタイムに制御可能であることがわかった。今年度としては、車椅子の走行中充電を目的とした基礎的なシステムの構築、製作を可能とする事ができた.また,車椅子走行用のステージを作成し、車椅子の位置情報を送電側センサ入力から取得し、車椅子の進行に合わせて個々の送電側コイルを励磁することにより、車椅子の走行中でも充電を可能とした。さらに,充電回路の改良により充電電圧に影響されずに効率よい充電が可能となった。

Research Products

• [Publications] Koichi Hatanaka: "Power Transmission of a Desk with a Cord-Free Power Supply"IEEE Transactions on Magnetics. 38・5. 3329-3331 (2002)
• [Publications] 佐藤 文博: "バリアフリー給電システムの自動制御化と電動車椅子への適用"生体医工学. 40・特別. 20-08 (2002)