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

谐振器耦合高Q值线圈的开发及其在无线电力传输中的应用

• 批准号: 21K04021
• 负责人: 關谷 尚人
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: University of Yamanashi
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04021/
• 关键词: ワイヤレス電力伝送; 高Q値; 超伝導線材

【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．

[Objective] To realize the high frequency and low loss transmission by itself. To realize the high frequency and low loss transmission by using the same frequency and 4-channel structure of resonator combination type. To realize the high uniformity of RF magnetic field. To realize the high Q transmission by using the 2-axis RF magnetic field. To realize the high Q transmission by using the high frequency and low loss transmission. To realize the high frequency and low loss transmission by using the high frequency and 4-channel structure of resonator combination type.(WPT: Wireless Power Transfer) is a new technology. [Significance of this study] The transmission efficiency of WPT has been improved, and the possibility of new and additional functions such as imaging and imaging, external communication, self-walking, diagnosis and treatment has been improved. [2022 implementation content] Design of WPT for small power receiving equipment For example, the difference between the Q value of the power transmission circuit (Q = 20,000) and the Q value of the power reception circuit (Q = 100) is large, and the Q value of one side is very small. The design theory of WPT is applicable to the optimization of the design theory. The power receiving side is in the body. The integration conditions of the power receiving side are changed, and the method of maximizing the transmission rate is discussed. (It is scheduled to be implemented in 2022 for the production and evaluation of resonator combination type semiconductor devices, and the implementation content in 2023 will be implemented in advance.) [2022 Implementation Results] Circuit analysis results show that the combination of power receiving and load side is very strong, and the combination of power transmitting and power supply side is adjusted to maximize the transmission efficiency.

项目成果

高周波用超伝導線材の開発とそれを用いた高Q値コイルによる高効率ワイヤレス電力伝送

使用高Q值线圈开发用于高频高效无线电力传输的超导线材

• 发表时间: 2022
• 作者: Komanaka Ayano;Zhu Wenqi;Wei Xiuqin;Nguyen Kien;Sekiya Hiroo;關谷尚人
• 通讯作者: 關谷尚人

Superconducting wireless power transfer system for capsule endoscopy

用于胶囊内窥镜检查的超导无线电力传输系统

• 发表时间: 2022
• 作者: N. Sekiya;K. Sakuma
• 通讯作者: K. Sakuma

三次元ワイヤレス電力伝送のための複数コイルの結合を用いた送電コイルの設計

利用多线圈耦合进行三维无线电力传输的电力传输线圈设计

• 发表时间: 2022
• 作者: Kawai Yusuke;Yokokura Yuki;Ohishi Kiyoshi;Shinozaki Taiga;作間啓太・池谷 光・關谷尚人
• 通讯作者: 作間啓太・池谷 光・關谷尚人

高周波用超伝導線材を用いた高Q値コイルによる高効率ワイヤレス電力伝送システム

使用高频超导线材的高Q值线圈的高效无线电力传输系统

• 发表时间: 2022
• 作者: N. Sekiya;K. Sakuma;片瀬貴也，河村尚輝，長谷川勝，柴田昌明;藥師寺康平，川瀬龍，河野昭彦，藤田洋司，漆畑広明;關谷尚人，作間啓太
• 通讯作者: 關谷尚人，作間啓太

複数コイルの結合による様々な磁界分布を利用した「いつでもどこでもWPT」

利用多个线圈耦合产生的各种磁场分布的“随时随地 WPT”

• 发表时间: 2021
• 作者: Yutaro Komiyama;Wenqi Zhu;Xiuqin Wei;Kien Nguyen;and Hiroo Sekiya;作間啓太，關谷尚人，池谷光
• 通讯作者: 作間啓太，關谷尚人，池谷光