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

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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。