【別添資料2】プレゼン資料様式

挟み込み構造を用いた
位置ずれに強く低ノイズなワイヤレス給電
東京都立産業技術研究センター
技術支援本部 多摩テクノプラザ 電子技術グループ〇主任研究員 佐野 宏靖、
秋山 美郷、新井 宏章、小畑 輝

東京都立大学

システムデザイン研究科
鈴木 敬久、多氣昌生

2023年1月17日
1

ワイヤレス給電方式と問題点

出展：総務省「電波利用環境委員会報告概要」 資料106-4-1 平成27年

磁界結合方式は位置ずれに弱く、ノイズが大きいといった問題点がある

2

提案構造のイメージ
送電コイル
受電コイル

従来型

提案型
（挟み込み構造型）

挟み込み構造の使用例

3位置ずれに強い構造
受電部
負荷
例：バッテリー100%

0X

電力伝送効率

90%

80%

70%

電源
挟み込み構造型

60%

受電部
電源-40

負荷
例：バッテリー0
従来型-30-20-10010203040

受電部移動距離（X）[mm]
受電部位置ずれに対する電力伝送効率X

限定された空間の中で4安定した給電が可能
4位置ずれに強い構造の提案

55挟み込み型コイルの等価回路
回路方程式

𝑍𝑉= 11𝑍210𝑍11 = 𝑗𝜔𝐿 +𝑍12 = 𝑗𝜔𝑀𝐿
𝑍21 = 𝑗𝜔𝑀𝐿

𝑍22 = 𝑗𝜔𝐿 +𝑍11 = 2𝑗𝜔 𝐿 + 𝑀𝑡 +2+ 𝑅𝑡
𝑗𝜔𝐶𝑡

𝑍12 = 𝑗𝜔𝑀𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠
𝑍21 = 𝑗𝜔𝑀𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠

𝑍12 𝐼1𝑍22 𝐼22+ 𝑅𝑟 + 𝑅𝐿𝑗𝜔𝐶𝑟
𝑀𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = 𝑀1 + 𝑀2 + 𝑀12 + 𝑀21

𝑍22 = 2𝑗𝜔 𝐿 + 𝑀𝑟 +1+ 𝑅𝑡𝑗𝜔𝐶1+ 𝑅𝑟 + 𝑅𝐿
𝑗𝜔𝐶MLRt

Rr

従来型提案型• 提案型は従来型に比べて複雑な磁界結合が生じ、力率悪化の要因が送6電コイル同士、受電コイル同士の相互インダクタンスMt,Mrが影響している[1]北原, 鈴木, 多氣, 秋山, 佐々木, 佐野, “挟み込み型のコイル構造を持つ無線電力伝送システムの解析”,
電気学会論文誌D, 2022年8月

6挟み込み型コイルの等価回路
𝑍11 = 2𝑗𝜔 𝐿 + 𝑀𝑡 +2+ 𝑅𝑡
𝑗𝜔𝐶𝑡

𝑍12 = 𝑗𝜔𝑀𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠
𝑍21 = 𝑗𝜔𝑀𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠2+ 𝑅𝑟 + 𝑅𝐿𝑗𝜔𝐶𝑟𝑀𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = 𝑀1 + 𝑀2 + 𝑀12 + 𝑀21
𝑍22 = 2𝑗𝜔 𝐿 + 𝑀𝑟 +同相接続：コンデンサで補償⇒

1𝐶𝑡,𝑟 =2𝜔 2 𝑀𝑡,𝑟 𝐿

逆相接続：インダクタで補償⇒𝐿𝑡,𝑟 = −2𝑀𝑡,𝑟 𝐿• 共振用コンデンサに追加して補償用リアクタンスの考慮が必要• 補償の際は送受電コイル同士の結合係数によってのみリアクタンス値が決まる
ため、給電位置が変化した場合にも値を変更する必要がない
7[1]北原, 鈴木, 多氣, 秋山, 佐々木, 佐野, “挟み込み型のコイル構造を持つ無線電力伝送システムの解析”,
電気学会論文誌D, 2022年8月

7挟み込み型コイルについて
挟み込み構造では、コイルの接続方法によって発生する磁界の分布が異なる
実質的に電力伝送ができる接続方
法は2種類

和動接続モード（同相接続）

差動接続モード（逆相接続）
8挟み込み型コイルの磁界分布
磁力線

磁界の向き

和動接続モード（同相接続）

差動接続モード（逆相接続）9放射磁界ノイズ[dBμA/m]

放射磁界ノイズの距離特性

送受電部中心部（X=0)からの距離[m]放射磁界ノイズの距離特性（解析結果）

20dB以上抑制
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効率測定の実験

コイル

11挟み込み型コイルの効率
受電部
負荷
例：バッテリー100%

電力伝送効率X0
電源
挟み込み構造型

90%

80%

70%

受電部
電源

負荷
例：バッテリー

60%

-40X

0
従来型

-30-20-10010203040

受電部移動距離（X）[mm]

受電部位置ずれに対する電力伝送効率（実測）

逆相接続でも高い効率
12ばく露評価シミュレーション条件• 計算モデル: TAROモデル[2]• ボクセルサイズ: 2 mm×2 mm×2 mm• 周波数: 85 kHz• 送電電力: 500 W• 逆相接続• 連立一次方程式解法: SOR法[3]• 相対残差ノルム: <1 × 10−4
• 人体、コイルは右図のように配置

挟み込み構造

従来型[2] T. Nagaoka, S. Watanabe, K. Sakurai, E. Kunieda, S. Watanabe, M. Taki, and Y.Yamanaka, “Development of realistic high-resolution whole-bodyvoxel models of Japanese adult males and females of average height and weight, and application of models to radio-frequency electromagnetic-field
13
dosimetry'', Physics in medicine and biology, vlo.49, no.1, p.1, 2004
[3]Richard Barrett, Michael Berry, Tony F Chan, James Demmel, June Donato, Jack Dongarra, Victor Eijkhout,Roldan Pozo, Charles Romine, andHenk Van der Vorst, “Templates for the solution of linear systems: building blocks for iterative methods,”. SIAM, 199413

体内誘導電界強度のヒストグラム

従来型

挟み込み構造体内誘導電界平均値
従来型:
86.5[dBμVΤm]
6dB以上
挟み込み構造: 79.1[dBμVΤm] 14小さい14体内誘導電界の距離特性

コイル端挟み込み構造のほうが距離に対しての減衰が大きく、コイル端から離れるほどその差は顕著になる
上半身のばく露量が小さくなる

1515

85kHz磁界強度距離特性（実測）• 負荷抵抗：5.1Ω
• 負荷側電力：2.5W• 磁界測定器：FT3470+100cm2磁界（日置）1616磁界強度距離特性（X軸方向）
同相接続：Type-A
逆相接続：Type-DX

017[4]M. Akiyama, M. Kitahara, T. Obata, H. Sano, Y. Suzuki, M. Taki, “Leakage magnetic
field suppression using wireless power transmission with sandwiched structure”, IEICE
ComEX, vol.11, no.3, pp.135-140, 2022年3月

17漏えい磁界の測定

磁界強度予備測定（電波法第46条）

磁界強度測定結果イメージ

負荷抵抗：5.1Ω
負荷側電力：2.5W
85kHz sine波
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測定結果

対向接続方式

直交

水平ループアンテナ向き

対向直交

水平同相接続35.1 dBμA/m

31.5 dBμA/m

21.3 dBμA/m

逆相接続

14.1 dBμA/m

9.1 dBμA/m

0.6 dBμA/m

逆相接続のほうが漏えい磁界が20dB以上小さい
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想定される用途

ドローン

小型モビリティ

自律走行ロボット
体内の移動体水中探査ロボット
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位置ずれ許容度やEMCの要求が高いアプリケーションを想定
20

新技術の特徴・従来技術との比較• 従来型と比較し、挟み込み構造型（同相接続）
では、高効率で位置ずれ許容度が高い• 挟み込み構造型（逆相接続）では、体内誘導電界強度、遠方界磁界強度を抑えて高い効率で給電可能

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実用化に向けた課題• 現在、市販の高周波電源を用いて原理試作は確認済み。
• まだ小型の電源等を用いて、実際のアプリケーションへの搭載は未検証である。

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企業への期待• ワイヤレス給電技術を開発中の企業、ワイヤレス給電を搭載を希望の企業との共同開発• 位置ずれに対する要求が厳しいアプリケーションやEMCの要求が厳しい医療分野への展開を考えている企業には、本技術の導入が有効と思われる。

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本技術に関する知的財産権••
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発明の名称
出願番号
出願人
発明者

：非接触給電構造およびこれを備える駐輪施設：特願2017-37309：地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター：秋山 美郷、佐野 宏靖、大森 学

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発明の名称
出願番号
出願人
発明者

：非接触給電回路：特願2020-138710：地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター、東京都公立大学法人：秋山 美郷、佐野 宏靖、佐々木 秀勝、鈴木 敬久、多氣 昌生、北原 真

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発明の名称
出願番号
出願人
発明者

：非接触給電構造：特願2020-138711：地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター、東京都公立大学法人24：秋山 美郷、佐野 宏靖、佐々木 秀勝、鈴木 敬久、多氣 昌生、北原真24

お問い合わせ先
東京都立産業技術研究センター
企画部 連携企画室 産業交流係
ＴＥＬ ０３-５５３０-２１３４
sangakuko@iri-tokyo.jp
都産技研ウェブサイトの技術相談受付フォーム（お問い合わせ）もご利用いただけますhttps://www.iri-tokyo.jp/
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