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

无需控制的高频无线电力传输系统的研发

• 批准号: 22KJ0481
• 负责人: 朱 聞起
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Chiba University
• 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-22KJ0481/
• 关键词: 無線電力伝送; E級発信機; ソフトスイッチング

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。

在本研究中，我们将研究和开发一种“无控制高频WPT系统”，该系统无需使用控制系统即可实现恒定输出和高效率，以响应负载电阻波动（问题1）和位置偏差（问题2） ）。作为一个应用示例，我们将开发一个WPT系统，使用无人机为安装在人类难以到达的位置的无线物联网设备供电，并通过实际实验证明该提案的有效性、有效性和创新性。主要研究成果如下所示。 （问题1）我们认识到E类开关电路中的负载无关技术是一种与WPT中各种问题的解决相匹配的技术，并且是一种有前途的解决方案分析了各种逆变器电路，例如放大器和系统化设计理论。此外，假设安装在无人机等各种电力接收器中的锂离子电池的负载波动特性，我们提出了一种具有切换电池充电所需的恒定输出电流和电压功能的逆变器。负载无关逆变器的设计理论（专利技术），我们首次成功地在逆变器侧根据负载波动在恒压和恒功率输出之间进行切换（第2期）。我们提出了一种自调谐 E 类振荡器，即使在发射器和接收器未对准时也能保持恒定的输出电压和高电力传输效率。在所提出的电路中，通过自主调整工作频率，使驱动信号和输出电压之间的相位差恒定，可以抵抗因位置失准而导致的输出谐振电感的变化，并且能够独立于负载运行可以维持。通过电路分析和实验验证，证实了所提方法的有效性和有效性。通过这些努力建立的分析技术可以自由地设计不受负载波动和电感波动影响的特性。

项目成果

Design Procedure of Load-Independent Class-E WPT Systems and Its Application in Robot Arm

负载无关的E类WPT系统设计流程及其在机械臂中的应用

• DOI: 10.1109/tie.2022.3220818
• 发表时间: 2023
• 期刊: IEEE Transactions on Industrial Electronics
• 影响因子: 7.7
• 作者: Sekiya Hiroo;Tokano Katsuki;Zhu Wenqi;Komiyama Yutaro;Nguyen Kien
• 通讯作者: Nguyen Kien

多受電無線電力伝送システムにおける最大効率追従制御

多接收器无线电力传输系统中的最大效率跟踪控制

• 发表时间: 2022
• 作者: R. Nakane;S. Sato;and M. Tanaka;松田敏拓,小宮山裕太郎,朱聞起,グエンキエン,関屋大雄
• 通讯作者: 松田敏拓,小宮山裕太郎,朱聞起,グエンキエン,関屋大雄

Wireless Power Transfer System with Series Resonant Inverse Class-E Inverter

具有串联谐振反向 E 类逆变器的无线功率传输系统

• 发表时间: 2022
• 作者: Yutaro Komiyama;Wenqi Zhu;Wei Xiuqin;Kien Nguyen;and Hiroo Sekiya
• 通讯作者: and Hiroo Sekiya