kQ理論に基づく水中電界型ワイヤレス電力伝送の高効率化

水中ドローンに対する水中ワイヤレス給電を通して、水中インフラの完全無人点検システムを実現する。ワイヤレス給電では電力を送受電するワイヤレス結合器が必要となる。ペイロードが小さく障害物との接触の可能性がある水中ドローンへの搭載を鑑みて、電界型結合器に注目した。しかし、本結合器には水中で電力伝送効率が低下するといった課題があった。これまでの研究により、電力伝送効率が結合係数（k）と水の品質係数（Q）に比例することが明らかとなっている。この理論に則り、当該年度はメッキ電極を用いた海水のQ値向上（研究A）と結合係数の周波数特性に着目したワイヤレス給電システムの総合効率の改善（研究B）に取り組んだ。海水は多くのイオンを含んでおり、その関係でQ値が著しく低下する。そこで電界型ワイヤレス結合器の電極にメッキ処理を施すことで、意図的に電気二重層を引き起こし、Q値向上を試みたが、期待されたQ値向上は得られなかった。そこで研究Bの成果を流用した。研究Bを進める中で、本申請者が提案した電界型ワイヤレス結合器の新たな等価回路を解析したところ、第三の効率因子（伝搬定数と電極長さの積）の存在が明らかとなった。この因子は結合器電極上の「給電／受電点の相対位置」によって変化し、ドローンの着底方向を制御することでハンドリングできる。この相対位置を同一もしくは反転に設定することで、海水と淡水中でそれぞれ効率が高まることを見出した。

水中ドローンに対する水中ワイヤレス給電を通して、水中インフラの完全無人点検システムを実現する。ワイヤレス給電では電力を送受電するワイヤレス結合器が必要となる。ペイロードが小さく障害物との接触の可能性がある水中ドローンへの搭載を鑑みて、電界型結合器に注目した。しかし、本結合器には水中で電力伝送効率が低下するといった課題があった。これまでの研究により、電力伝送効率が結合係数（k）と水の品質係数（Q）に比例することが明らかとなっている。この理論に則り、当該年度はメッキ電極を用いた海水のQ値向上（研究A）と結合係数の周波数特性に着目したワイヤレス給電システムの総合効率の改善（研究B）に取り組んだ。海水は多くのイオンを含んでおり、その関係でQ値が著しく低下する。そこで電界型ワイヤレス結合器の電極にメッキ処理を施すことで、意図的に電気二重層を引き起こし、Q値向上を試みたが、期待されたQ値向上は得られなかった。そこで研究Bの成果を流用した。研究Bを進める中で、本申請者が提案した電界型ワイヤレス結合器の新たな等価回路を解析したところ、第三の効率因子（伝搬定数と電極長さの積）の存在が明らかとなった。この因子は結合器電極上の「給電／受電点の相対位置」によって変化し、ドローンの着底方向を制御することでハンドリングできる。この相対位置を同一もしくは反転に設定することで、海水と淡水中でそれぞれ効率が高まることを見出した。