トポロジー最適化によるワイヤレス電力伝送の効率最大化

通过拓扑优化最大限度地提高无线电力传输效率

• 批准号: 22K20431
• 负责人: 大友 佳嗣
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: Nagasaki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-08-31 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20431/
• 关键词: ワイヤレス電力伝送; トポロジー最適化; 電力伝送効率; パワエレ回路

申請者らはワイヤレス電力伝送装置の磁気特性に着目したトポロジー最適化法をこれまで開発し，結合係数や漏洩磁界を飛躍的に改善できることを示してきた。しかし，これまで提案してきたトポロジー最適化では，ワイヤレス電力伝送装置の回路特性まで考慮した最適化には至っていなかったため，システム全体の電力伝送効率を改善する観点において課題が残されていた。本研究では，ワイヤレス電力伝送装置の磁気特性および回路特性の双方に着目した送受電コイルのトポロジー最適化法を開発し，電気的および磁気的に高性能なワイヤレス電力伝送装置を実現する。2022年度は上記目的を達成するため，次の研究を実施した。(1)送受電コイルの実製造性を考慮した形状最適化を実現するため，パラメータ最適化とトポロジー最適化を組み合わせる，ハイブリッド最適化法を新たに開発した。(2)磁気特性と回路特性を同時に考慮するための最適化アルゴリズムを新たに構築した。(3)近接効果に起因するコイル巻線の交流抵抗の評価を容易に実現するため，申請者らがこれまでに開発した「均質化有限要素法」を上記の最適化アルゴリズムに導入した。(4)ハイブリッド最適化法により得られる送受電コイル形状の工学的特徴を抽出するため，主成分分析を利用した特徴量抽出のための手法を開発した。また，主成分分析により得られる主要な特徴量に対して局所探索を施し，更なる特性改善を実施する手法を開発した。これら研究成果の一部は既に国内学会において発表しており，提案法により得られた最適形状については現在，特許出願中である。

Applicants ら は ワ イ ヤ レ ス power 伝 sending device of magnetic 気 の に with mesh し た ト ポ ロ ジ ー optimization method を こ れ ま で open 発 し, combining coefficient や leakage magnetic boundary を leap に improve で き る こ と を shown し て き た. し か し, こ れ ま で proposal し て き た ト ポ ロ ジ ー optimization で は, ワ イ ヤ レ ス の loop power 伝 send device features ま で consider し た optimization に は to っ て い な か っ た た め, シ ス テ ム all の power 伝 send working rate を improve す る 観 point に お い て subject が residual さ れ て い た. This study で は, ワ イ ヤ レ ス power 伝 sending device of magnetic 気 の お よ び circuit features の both sides に mesh し た sent by electric コ イ ル の ト ポ ロ ジ ー optimization method を open 発 し, electric 気 お よ び magnetic 気 に high-performance な ワ イ ヤ レ ス power 伝 send device を be presently す る. For the year 2022, the purpose of を was achieved するため, and the next <s:1> study was conducted on を actual implementation た. (1) to send the electricity コ イ ル の be を considering manufacturing し た shape optimization を be presently す る た め, パ ラ メ ー タ optimization と ト ポ ロ ジ ー optimization を group み close わ せ る, ハ イ ブ リ ッ ド optimization method を new た に open 発 し た. (2) Magnetic characteristics と circuit characteristics を simultaneously consider に するため <s:1> optimization ア ゴリズムを ゴリズムを new たに construction た た. (3) close to meet working fruit に cause す る コ イ ル 巻 line の ac resistance の review 価 を に easily be presently す る た め, applicants ら が こ れ ま で に open 発 し た を "homogenization finite elements method" is written の optimization ア ル ゴ リ ズ ム に import し た. (4) ハ イ ブ リ ッ ド optimization method に よ り have ら れ る sent by electric コ イ ル shape of の engineering 徴 を spare す る た め, principal component analysis (を using し た, 徴 quantity spare の た め の gimmick を open 発 し た. ま た, principal component analysis (に よ り have ら れ る main な, 徴 quantity に し seaborne て bureau to explore を し, more な る characteristics improve を be applied す る gimmick を open 発 し た. こ れ ら research の a は に both domestic society に お い て 発 table し て お り, proposal method に よ り have ら れ た optimum shape に つ い て は now, in a special で あ る.

项目成果

磁性体コア，コイル部品，及び非接触給電システム

磁芯、线圈部件和非接触式电力传输系统

• 发表时间: 2023

磁気・回路特性を考慮したワイヤレス電力伝送用送受電コイルのパラメータ・トポロジー最適化

考虑磁和电路特性的无线电力传输功率发射和接收线圈的参数和拓扑优化

• 发表时间: 2023
• 作者: 安岡慎之介; 大田怜佳; 岡本一輝; 石濱圭佑; 清水荘雄; 角嶋邦之; 上原雅人; 山田浩志; 秋山守人; 小金澤智之; L. S. Kumara;O. Seo; 坂田修身; 舟窪浩;大友 佳嗣，佐藤 一樹，小野坂 健，五十嵐 一
• 通讯作者: 大友 佳嗣，佐藤 一樹，小野坂 健，五十嵐 一