Study on Leakage Electromagnetic Field Reduction of Wireless Power Transfer for Electric Vehicles Using GaN-Inverter

使用 GaN 逆变器减少电动汽车无线电力传输泄漏电磁场的研究

• 批准号: 22K14234
• 负责人: 永井 栄寿
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14234/
• 关键词: ワイヤレス給電; GaNインバータ; 漏洩電磁界; 高速スイッチング

本研究の目的は磁界共振結合を用いた大電力ワイヤレス給電（WPT）において次世代半導体として注目されているGaNデバイスを用いたインバータによる能動的な高速スイッチングにより低次高調波電流起因の漏洩電磁界を低減することである。大電力のWPT機器は漏洩電磁界を総務省が定める規制値以内に抑えることが求められている。従来手法のSiCインバータの矩形波電圧出力を用いたWPTには受動素子を用いたフィルタを挿入することにより対策がされてきたが、大電力化に伴い、フィルタが大型化することが課題である。本研究ではGaNインバータを用いた能動的な高速スイッチングにより、フィルタを用いずに漏洩電磁界を低減する手法を提案し、電動モビリティのWPT設備の小型・軽量化を実現する技術を創出する。2022年度は、本研究で使用するkWクラスの電力伝送が可能なGaNインバータの設計・製作が完了している。また、製作したインバータを用いて100W程度の小電力での動作確認が完了している。また、従来手法として比較評価する受動素子を用いたフィルタの設計・製作が完了している。目標としていた大電力での電力伝送評価は完了しておらず、進捗状況はやや遅れているが、2023年度前半に1kW以上の電力伝送実験による評価を実施する予定である。電力を上げる際に、ヒートシンクの冷却性能が十分であるか評価も行い、不十分な場合はスイッチング周波数を下げるなどの対策を実施する。得られた研究成果は国際会議論文へ投稿を予定している。

这项研究的目的是减少通过使用GAN设备的逆变器的高速高速切换引起的泄漏电磁场，这引起了使用磁场谐振耦合的高功率无线电源（WPT）中的下一代半导体（WPT）。需要高功率的WPT设备才能在内政和通信部设定的限制内保持泄漏的电磁场。尽管已通过使用被动元素插入过滤器来解决SIC逆变器的矩形波电压输出的常规WPT方法，但挑战是，随着功率的增加，过滤器将变得更大。在这项研究中，我们提出了一种减少电磁场泄漏电磁场的方法，而无需通过使用GAN逆变器积极高速开关来使用过滤器，并创建了一项技术，使WPT设备轻巧且轻巧的设备用于电动移动性。在2022财年，该研究中使用KW级动力传输的GAN逆变器的设计和生产已经完成。此外，使用制造的逆变器以低功率约为100W完成了操作检查。此外，已经完成了使用被动元素的过滤器设计和制造，这些元素已被评估为常规方法。针对高功率的有针对性的电力传输评估尚未完成，进度有些延迟，但是计划使用1kW或更多的功率传输实验进行2023年的上半年进行评估。当增加功率时，我们还将评估散热器的冷却性能是否足够，如果不足，我们将实施诸如降低开关频率之类的措施。获得的研究结果将提交给国际会议的讨论文件。

项目成果

Reduction of Magnetic Field by Low-order Harmonics in Magnetic Resonant Wireless Power Transfer System Using High-frequency Switching

使用高频开关的磁共振无线电力传输系统中通过低次谐波减少磁场

• DOI: 10.1541/ieejias.142.385
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEEJ Transactions on Industry Applications
• 作者: Nagai Sakahisa;Fujita Toshiyuki;Sumiya Hayato;Shimizu Osamu;Fujimoto Hiroshi
• 通讯作者: Fujimoto Hiroshi