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

自动线圈设计，可在无线功率传输系统中实现低磁场泄漏和高功率传输效率

基本信息

批准号：
22KJ0953
负责人：
小渕大輔
金额：
$ 1.09万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0953/
关键词：
無線電力伝送無線給電ワイヤレス給電磁界

项目摘要

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．

为了自动设计实现安全有效的无线功率传输的线圈，本研究的目的是分析二维电流分布，以消除电源传输和接收线圈之间的泄漏磁场，并使用网格样导体最大化效率，并根据磁性二波尔矩从电流分布中提取线圈形状。在今年的研究中，a）使用电磁场模拟和b）使用金属3D打印机进行线圈安装验证。在对理论的验证中，使用电磁场模拟验证了取消泄漏磁场的提议理论，并确认它可用于得出最佳的电流分布和线圈形状。此外，根据电磁场仿真的结果，我们得出了能够取消泄漏磁场和功率发射器线圈的形状的功率发射器线圈的形状，能够在自由空间中最大化效率。在使用金属3D打印机的实施中，创建了一个程序，将派生的线圈形状转换为可以输入打印机的文件，实际上实现了线圈。我们已经实施了两种类型：可以取消可以最大化泄漏场和线圈的线圈，但是由于两个线圈的绕组，线圈尺寸和线圈线直径的数量符合相同的条件，因此我们可以通过比较每种情况的性能来评估所建议的线圈的泄漏场和效率。还可以揭示出使用金属3D打印机创建线圈时需要的设计限制，例如线圈的最小线直径和线圈的整体尺寸。我们计划实施线圈设计将来考虑了这些限制，还将考虑适当的应用程序。此外，我目前正在撰写有关推导线圈形状的建议方法的论文，并将在明年内提交日记。