Automatic coil design for low magnetic field leakage and high power transfer efficiency in wireless power transfer systems

安全で高効率な無線電力伝送を実現するコイルの自動設計に向けて，送受電コイル同士で漏洩磁界を相殺しつつ効率を最大化する２次元電流分布を，メッシュ状導体を用いて解析し，磁気双極子モーメントに基づき電流分布からコイル形状を抽出することが本研究の目的である．本年度の研究では，a)電磁界シミュレーションによる理論の検証，および，b)金属３Dプリンタを用いたコイル実装を実施した．理論の検証では，提案する漏洩磁界を相殺する理論を電磁界シミュレーションを用いて検証し，最適な電流分布の導出，およびコイル形状の導出に使用できることを確認した．さらに，電磁界シミュレーションの結果に基づき自由空間上において，漏洩磁界相殺可能な送受電器コイル形状と効率最大化可能な送受電器コイル形状を導出した．金属３Dプリンタによる実装では，導出したコイル形状をプリンタに入力可能なファイルに変換するプログラムを作成し，実際にコイルを実装した．漏洩磁界相殺可能なコイルと効率最大化可能なコイルの2種類を，実装したが，2つのコイルは巻き数とコイルサイズ，コイル線径を同じ条件にしているため，それぞれの性能を比較することで，提案するコイルの漏洩磁界や効率を評価することができる．金属３Dプリンタを用いてコイルを作成する上で，コイルの最低線径やコイル全体のサイズといった，設計上の制約条件があることも明らかになった．そうした制約を踏まえたコイル設計を今後実施する予定であり，適切なアプリケーションについても検討する．また，現在，提案するコイル形状の導出手法について論文を執筆中であり，来年度内に論文誌に投稿する予定である．

安全で高効率な無線電力伝送を実現するコイルの自動設計に向けて，送受電コイル同士で漏洩磁界を相殺しつつ効率を最大化する２次元電流分布を，メッシュ状導体を用いて解析し，磁気双極子モーメントに基づき電流分布からコイル形状を抽出することが本研究の目的である．本年度の研究では，a)電磁界シミュレーションによる理論の検証，および，b)金属３Dプリンタを用いたコイル実装を実施した．理論の検証では，提案する漏洩磁界を相殺する理論を電磁界シミュレーションを用いて検証し，最適な電流分布の導出，およびコイル形状の導出に使用できることを確認した．さらに，電磁界シミュレーションの結果に基づき自由空間上において，漏洩磁界相殺可能な送受電器コイル形状と効率最大化可能な送受電器コイル形状を導出した．金属３Dプリンタによる実装では，導出したコイル形状をプリンタに入力可能なファイルに変換するプログラムを作成し，実際にコイルを実装した．漏洩磁界相殺可能なコイルと効率最大化可能なコイルの2種類を，実装したが，2つのコイルは巻き数とコイルサイズ，コイル線径を同じ条件にしているため，それぞれの性能を比較することで，提案するコイルの漏洩磁界や効率を評価することができる．金属３Dプリンタを用いてコイルを作成する上で，コイルの最低線径やコイル全体のサイズといった，設計上の制約条件があることも明らかになった．そうした制約を踏まえたコイル設計を今後実施する予定であり，適切なアプリケーションについても検討する．また，現在，提案するコイル形状の導出手法について論文を執筆中であり，来年度内に論文誌に投稿する予定である．