共振器結合型高Q値コイルの開発と無線電力伝送への応用

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【目的】高周波で低損失を実現できる独自開発した高周波用超伝導線材を用いて同一周波数の４つのコイルから構成される共振器結合型コイルを実現することで，RF磁場の均一性が高く，２軸のRF磁場を発生できる高Q値送電コイルを開発し，それを用いてカプセル内視鏡を想定した小型受電コイルにワイヤレス電力伝送（WPT: Wireless Power Transfer）を行い従来技術では実現できない飛躍的な伝送効率の向上を目指す．【本研究の意義】WPTの伝送効率が向上すれば，カプセル内視鏡に撮影及び撮影した画像を体外へ送信する通信機能の他に，自走機能や診断・治療機能を新たに付加できる可能性があり，体を大きく傷つけることなく診断や治療が行える革新的な低侵襲診断・治療ロボットの実現が期待される．【2022年度実施内容】小型受電コイルへのWPTの設計を行う．例えば，送電コイル（Q = 20,000）と受電コイル（Q = 100）のQ値の差が著しく大きく，なおかつ一方のQ値が非常に小さいWPTの設計には従来のフィルタの設計理論を適用した最適化が行えない．特に受電側は体内にあるため，整合条件を変更することは容易ではない．そこで，受電側の整合条件を変えることなく伝送効率を最大にする方法を検討する．（予定では共振器結合型コイルの作製と評価を2022年度に実施予定であったが，ロシアとウクライナの戦争により超伝導線材の調達が難航したため，2023年度実施内容を前倒して実施した．）【2022年度実施結果】回路解析の結果，受電コイルと負荷側のループコイルとの結合を非常に強くしておくことで，送電コイルの電源側のループコイルとの結合を調整するだけで伝送効率を最大化できることを明らかにした．