Development of load-independent single-input multiple-output wireless power transfer system with high frequency

负载无关单输入多输出高频无线电力传输系统的开发

• 批准号: 21K04029
• 负责人: 魏 秀欽
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Chiba Institute of Technology
• 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-21K04029/
• 关键词: ワイヤレス給電システム; 負荷変動; 負荷非依存モード; 高電力伝送効率; 定格出力; 簡素化; 小型化; ソフトスイッチング; 位置ずれ; 負荷非依存; 一送電多受電; 高周波; ワイヤレス給電; 協調動作

ワイヤレス給電システムには解決すべき課題が山積している。特に負荷変動による電力伝送特性の低下への対応は最重要な課題となる。この対策として、負荷変動の情報を検知し、送電側にその情報をフィードバックすることで出力を調整する制御システムを構築するアプローチが常識的かつ一般的である。しかし、情報のフィードバックには無線通信を用いなければならず、その送電遅延を補償した制御システムの構築は容易ではない。また、複数の受電デバイスからのフィードバック情報を送電側で処理するためには、計算処理の困難度や計算負荷の増加に対する問題にも対応しなければならない。これらの流れはMHz帯のワイヤレス給電システムの特徴である小型化の利点を帳消しにしかねない。本研究では、負荷変動にロバストな一送電多受電ワイヤレス給電システムを開発することを目的とする。本研究のアイディアは30年前に提案され、これまで陽の目をみなかった、負荷変動に依存せず、安定した出力とソフトスイッチングを常に達成できる「負荷非依存モード」に光を当て、これをワイヤレス給電システム設計に応用することにある。本年度は送電部にE級インバータ、受電部にD級整流器を適用した1入力1出力のワイヤレス給電システムに負荷非依存モードを搭載するための設計理論を確立した。解析の中、入力電流の交流成分を考慮しなければならないことを明らかにし、フーリエ解析とフィルタ理論を駆使することで、上記の回路構成を備えるワイヤレス給電システムにおいて、ソフトスイッチングと定出力を常に達成する負荷非依存モードの解析表現法を新たに確立することができた。さらに、具体的なシステムを設計し、実験による動作確認を行った。その結果、高周波でソフトスイッチングと定出力動作を達成することを確認し、高効率動作と高性能化の両立が図れることを示すことができた。

Youdaoplaceholder0 ヤレス ヤレス give power to システムに システムに solve the すべ システムに issue が mountain accumulation て る る る. The <s:1> load variation による power 伝 transmission characteristics <s:1> low へ <e:1> is the most important な issue となる for 応 <e:1>. こ の policy と seaborne し て, load variations の intelligence を 検 し, sending end に そ の intelligence を フ ィ ー ド バ ッ ク す る こ と で output を adjustment す る suppression シ ス テ ム を build す る ア プ ロ ー チ か が common sense つ general で あ る. し か し, intelligence の フ ィ ー ド バ ッ ク に は wireless communication を with い な け れ ば な ら ず, そ の sending 遅 delay compensation し を た suppression シ ス テ ム の build は easy で は な い. ま た, plural の electric デ バ イ ス か ら の フ ィ ー ド バ ッ ク intelligence を sending end で 処 Richard す る た め に は, calculating 処 の difficulty や の raised and computational load に す seaborne る problem に も 応 seaborne し な け れ ば な ら な い. こ れ ら の flow れ は MHz 帯 の ワ イ ヤ レ ス to electricity シ ス テ ム の, 徴 で あ る miniaturization の tartness を account し elimination に し か ね な い. This study で で, load change にロバストな, one power supply and multiple power recipients ワ ヤレス, power supply システムを, development する する とを, purpose とする. This study の ア イ デ ィ ア は 30 years ago に proposal さ れ, こ れ ま で Yang の mesh を み な か っ た, load variations に dependent せ ず, stable し た output と ソ フ ト ス イ ッ チ ン グ を に often reach で き る "load dependent モ ー ド" を に light when て, こ れ を ワ イ ヤ レ ス to electricity シ ス テ ム design に 応 with す る こ と に あ る. This year は sending department に E イ ン バ ー タ rectifier, the electric department に D level を applicable し た into force 1 output の ワ イ ヤ レ ス to electricity シ ス テ ム に load not dependent モ ー ド を carry す る た め を の design theory to establish し た. Parsing の の, into a force in the current communication component を consider し な け れ ば な ら な い こ と を Ming ら か に し, フ ー リ エ parsing と フ ィ ル タ theory を 駆 make す る こ と で, written の circuit of を prepared え る ワ イ ヤ レ ス to electricity シ ス テ ム に お い て, ソ フ ト ス イ ッ チ ン グ と fixed output を に often reach す る load not dependent モ ー ド の を new analytic expression method Youdaoplaceholder0 establish する た とがで た た. Youdaoplaceholder0, specific なシステムを design なシステムを, actual による action confirmation を line った. そ の results, high frequency で ソ フ ト ス イ ッ チ ン グ と fixed output action を reached す る こ と を confirm し, high performance processing for high working rate action と の struck made が 図 れ る こ と を shown す こ と が で き た.

项目成果

MOSFETのドレイン-ソースとゲート-ドレイン間の非線形寄生容量を考慮したEF_2級発振器の設計

考虑MOSFET漏源极和栅漏间非线性寄生电容的EF_2类振荡器设计

• 发表时间: 2022
• 作者: 内田東;中島樹咲果;羅イ森;魏秀欽
• 通讯作者: 魏秀欽

Power losses and efficiency of class-E-D WPT system at any output voltage

E-D 类 WPT 系统在任何输出电压下的功率损耗和效率

• 发表时间: 2023
• 作者: Takuya Iwami;Hiroki Kagawa;and Xiuqin Wei
• 通讯作者: and Xiuqin Wei

Design of class-EF_2 oscillator with nonlinearities of MOSFET drain-to-source and gate-to-drain parasitic capacitances

具有 MOSFET 漏源和栅漏寄生电容非线性的 EF_2 类振荡器的设计

• 发表时间: 2022
• 作者: Azuma Uchida;Kisara Nakajima;Weisen Luo;and Xiuqin Wei
• 通讯作者: and Xiuqin Wei

Design of class-Φ 2 wireless power transfer system

Φ2级无线电力传输系统设计

• 发表时间: 2022
• 作者: Kisara Nakajima;Yusuke Hagiwara;Weisen Luo;and Xiuqin Wei
• 通讯作者: and Xiuqin Wei

EF_2級インバータを用いたE^2級WPTシステムの解析

使用EF_2级逆变器的E^2级WPT系统分析

• 发表时间: 2021
• 作者: 萩原佑亮;中島樹咲果;羅イ森;魏秀欽
• 通讯作者: 魏秀欽