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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．

The purpose of this study is to optimize the two-dimensional current distribution, analysis of the application of the magnetic dipole, and extraction of the basic current distribution, shape, and distribution of the leakage magnetic field. This year's research includes: a) theoretical demonstration of electromagnetic field, b) implementation of metal 3D field The theoretical model is proposed to eliminate the leakage magnetic field. The theoretical model is used to verify the optimal current distribution. The optimal current distribution is derived from the electromagnetic field. In this case, the electromagnetic field is divided into three parts: the first part is the free space, the second part is the leakage magnetic field, the third part is the leakage magnetic field, the fourth part is the leakage magnetic field. The metal 3D can be installed in the shape of a cylinder. The cylinder can be installed in the shape of a cylinder. The leakage magnetic field can be eliminated by maximizing the efficiency of the two kinds of materials. The two kinds of materials are installed in the same condition. The performance of the materials is compared. The leakage magnetic field efficiency of the materials is evaluated. The metal 3D is designed with the minimum diameter of the wire. The design of the project will be carried out in the future. Now, the proposal is in the shape of the export method, the paper is in the process of writing, the paper is scheduled for submission in the coming year.