制御を不要とする高周波無線電力伝送システムの研究開発

本研究は、負荷抵抗変動(課題1)及び位置ずれ (課題2)に対して、制御システムを用いず一定出力と高効率を達成する、「制御不要な高周波WPTシステム」の研究開発に取り組む。応用例として、人が容易に届かない場所に設置された無線IoT機器に給電しに行くドローンによるWPTシステムを開発し、実機実験により提案の有効性、妥当性、革新性を示す。以下に主な研究成果を示す。(課題1) E級スイッチング回路における負荷非依存技術はWPTの諸課題の解決にマッチした技術であり，有望な解決策になることに気づき、E級増幅器、E級周波数逓倍器、E-1級増幅器、など様々なインバータ回路に対して解析を行い、設計理論を体系化した. さらに、ドローンなど様々な受電機に搭載されるリチウムイオンバッテリーの負荷変動特性を想定し、バッテリー充電に必要な一定出力電流・電圧を切り替える機能を有するインバータを提案した. 負荷非依存インバータの設計論を統合する（特許申請技術）ことにより，負荷変動に対してインバータ側で一定電圧，一定電力出力の切り替えに初めて成功した.(課題2) 送・受電器の位置ずれに対し，一定出力電圧および高電力伝送効率を維持するため、自己同調形E級発振機を提案した．提案回路では，駆動信号と出力電圧の位相差が一定になるように動作周波数を自律的に調整することで，位置ずれによる出力共振インダクタンスの変化に対しても頑強性を持ち，負荷非依存動作を維持することができる。回路解析と実験検証によって，提案手法の有効性及び妥当性を確認した.。これらを通じて確立した解析技術により，負荷変動・インダクタンス変動に対する非依存特性を自由自在に設計できるようになっている。

本研究は、負荷抵抗変動(課題1)及び位置ずれ (課題2)に対して、制御システムを用いず一定出力と高効率を達成する、「制御不要な高周波WPTシステム」の研究開発に取り組む。応用例として、人が容易に届かない場所に設置された無線IoT機器に給電しに行くドローンによるWPTシステムを開発し、実機実験により提案の有効性、妥当性、革新性を示す。以下に主な研究成果を示す。(課題1) E級スイッチング回路における負荷非依存技術はWPTの諸課題の解決にマッチした技術であり，有望な解決策になることに気づき、E級増幅器、E級周波数逓倍器、E-1級増幅器、など様々なインバータ回路に対して解析を行い、設計理論を体系化した. さらに、ドローンなど様々な受電機に搭載されるリチウムイオンバッテリーの負荷変動特性を想定し、バッテリー充電に必要な一定出力電流・電圧を切り替える機能を有するインバータを提案した. 負荷非依存インバータの設計論を統合する（特許申請技術）ことにより，負荷変動に対してインバータ側で一定電圧，一定電力出力の切り替えに初めて成功した.(課題2) 送・受電器の位置ずれに対し，一定出力電圧および高電力伝送効率を維持するため、自己同調形E級発振機を提案した．提案回路では，駆動信号と出力電圧の位相差が一定になるように動作周波数を自律的に調整することで，位置ずれによる出力共振インダクタンスの変化に対しても頑強性を持ち，負荷非依存動作を維持することができる。回路解析と実験検証によって，提案手法の有効性及び妥当性を確認した.。これらを通じて確立した解析技術により，負荷変動・インダクタンス変動に対する非依存特性を自由自在に設計できるようになっている。