Development of load-independent single-input multiple-output wireless power transfer system with high frequency

负载无关单输入多输出高频无线电力传输系统的开发

基本信息

批准号：
21K04029
负责人：
魏秀欽
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Chiba Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ワイヤレス給電システムには解決すべき課題が山積している。特に負荷変動による電力伝送特性の低下への対応は最重要な課題となる。この対策として、負荷変動の情報を検知し、送電側にその情報をフィードバックすることで出力を調整する制御システムを構築するアプローチが常識的かつ一般的である。しかし、情報のフィードバックには無線通信を用いなければならず、その送電遅延を補償した制御システムの構築は容易ではない。また、複数の受電デバイスからのフィードバック情報を送電側で処理するためには、計算処理の困難度や計算負荷の増加に対する問題にも対応しなければならない。これらの流れはMHz帯のワイヤレス給電システムの特徴である小型化の利点を帳消しにしかねない。本研究では、負荷変動にロバストな一送電多受電ワイヤレス給電システムを開発することを目的とする。本研究のアイディアは30年前に提案され、これまで陽の目をみなかった、負荷変動に依存せず、安定した出力とソフトスイッチングを常に達成できる「負荷非依存モード」に光を当て、これをワイヤレス給電システム設計に応用することにある。本年度は送電部にE級インバータ、受電部にD級整流器を適用した1入力1出力のワイヤレス給電システムに負荷非依存モードを搭載するための設計理論を確立した。解析の中、入力電流の交流成分を考慮しなければならないことを明らかにし、フーリエ解析とフィルタ理論を駆使することで、上記の回路構成を備えるワイヤレス給電システムにおいて、ソフトスイッチングと定出力を常に達成する負荷非依存モードの解析表現法を新たに確立することができた。さらに、具体的なシステムを設計し、実験による動作確認を行った。その結果、高周波でソフトスイッチングと定出力動作を達成することを確認し、高効率動作と高性能化の両立が図れることを示すことができた。

无线电源系统需要解决很多挑战。特别是，处理负载波动引起的电力传输特性恶化是一个极为重要的问题。作为对策，它是构建控制系统的常识和常见方法，该系统检测有关负载波动的信息并通过将信息馈回功率传输端来调整输出的信息。但是，必须使用无线通信来回馈信息，并且构建控制电力传输延迟的控制系统并不容易。此外，为了使电力传输端从多个电动设备处理反馈信息，还必须将其解决到计算处理困难和增加计算负载方面的问题。这些趋势可以消除微型化的优势，这是MHz波段无线电源系统的特征。这项研究旨在开发单个电力传输多接收的无线电源系统，该电源系统可用于负载波动。这项研究的想法是在30年前提出的，是为了阐明尚未依赖负载波动的“载荷独立模式”，并且始终可以实现稳定的输出和软开关，并将其应用于无线电源系统设计。今年，我们建立了一种设计理论，用于在1输入的单输出无线电源系统中安装独立于负载的模式，该模式在电源传输部分中具有e级逆变器，在电源接收部分中安装了逆变器。在分析过程中，很明显，必须考虑输入电流的交流成分，并且通过充分利用傅立叶分析和滤波器理论，这是一种新的独立模式的分析表示方法，该方法始终在无线电源系统中始终实现具有上述电路配置的无线电源系统中的恒定输出。此外，设计了一个混凝土系统，并通过实验确认了操作。结果，已经确认可以在高频下实现软开关和恒定输出操作，并且可以证明可以实现高效率和高性能。