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ワイヤレス給電向け共振器自動設計機構

ワイヤレス給電の実用化を推し進めるうえで,共振器設計コストの低減が不可欠である.共振器設計とは,組み込む機器の物理的形状や材質の効率に与える影響を考慮しつつ,送受電器の概形やピッチ,巻数といった幾何的パラメータの調整を行うことである.本研究は,今まで熟練者の勘と経験に基づいて試行錯誤的に行ってきた共振器設計を,電流分布に基づいた送受電器モデリングにより自動化することを目的としている.具体的には,まず,電磁界シミュレーションにおいて対象領域にメッシュ状導体を導入することで,動作環境の影響を定量的に把握し,各メッシュにおいて電力損失が最小となる電流分布を導出する.次いで,算出した電流分布が生み出す磁気双極子モーメントに着目し,電流分布からモデリングを行うことで,送受電器の幾何的パラメータを自動調整する.現在,電磁界シミュレーションを用いた性能評価により,与えられた動作環境において,効率が90%を超える送電器を自動設計可能であることを確認している.

The reduction of resonator design cost is essential to promote wireless power transfer to its practical use. The resonator design involves not only the adjustment of numerous parameters of the resonator structure including shape, turn number and pitch, but also the consideration of complex influences of an operating environment such as shape and materials of surrounding electronics. In this situation, it is therefore difficult for design engineers to avoid time-consuming trial-and-error approach based on their experiences. To overcome the problem, in this research, we are investigating resonator design automation by modeling resonator based on current distribution. First, we introduce mesh-pattern conductor into the electromagnetic simulation, and derive current distribution of each mesh that yields the minimum power loss while quantitatively evaluating the effect of the operating environments. Then, we model a resonator using approximation of magnetic dipole moment based on the derived current distribution. As a result, the parameters can finally be determined automatically. The simulation result shows that it is possible to design a resonator automatically with efficiency exceeding 90% in a given operating environment.