別紙５－２（論文博士（和文））平成 30 年 3 月 23 日
電気・電子情報工学専攻
氏名

崎原孫周

紹介教員

大平 孝

論文内容の要旨 (博士)
博士学位論文名 電動車両走行中電界結合ワイヤレス給電の要素技術(要旨 1,200 字程度)

環境負荷が小さいことから電気自動車(EV)がガソリン車の代替として世界中から期待が寄せられているが未だ普及には至っていない．その原因として，バッテリーに起因する課題が挙げられる．すなわち，1)航続距離が短い，2)バッテリー充電時間が長い，
3)バッテリーが高コスト，である．大平らは電化道路電気自動車(EVER)と呼ぶ走行中の EV へワイヤレスに給電する技術の研究を行っており，この技術が EV 普及の起爆剤となると考えている．これまでに大平らは，車両模型や電動カートといった数百 W 級EV において EVER の実証実験を行ってきた．本論文では EVER の実用化に向けた研究について述べる．
2 章では本論文に関する背景技術について述べる．3 章では，オシロスコープとメビウス変換による非線形負荷インピーダンス測定手法について提案する．ワイヤレス給電により電力を供給される負荷には，電球や整流回路といった入力電力に対し非線形なインピーダンスを持つ回路が想定される．このような非線形負荷に対し効率良く電力を給電するには，動作状態におけるインピーダンスを測定する必要がある．そこで，オシロスコープとメビウス変換を利用することにより，安価で簡易に動作状態における非線形インピーダンスが測定可能であることを示す．4 章では，電化道路が長区間敷設された際に発生する定在波を起因とした給電効率の低下の抑制について述べる．これまでに鈴木らにより右手左手複合系電化道路による定在波抑制を提案しているが，本手法は道路に周期的に高周波回路を埋設する必要がある．そこで電化道路遠端に可変リアクタを装荷することで，負荷が任意の位置にある時最大の給電効率を得るための手法を提案する．また，提案手法についてシミュレーションおよび実証実験を行い，提案手法が正しく動作することを示す．5 章では，汎用建材による走行中ワイヤレス給電の実証実験について述べる。まず，汎用建材であるモルタルを用いた屋内用電化道路(電化フロア)の開発について述べる．モルタルは内部に水分を含有するため，電界結合を用いる方式では給電効率の大幅な劣化が懸念される．そこで給電効率劣化の緩和に向け，モルタル内部に鋼繊維を添加することを提案する．実際に鋼繊維を添加したモルタルパネルを試作し，比誘電率および誘電正接を測定することで鋼繊維による効果を評価する．最も給電効率が高くなるように鋼繊維の添加量を調整したモルタルを表層とした 8 の次周回電化フロアを試作する．試作した電化フロアにより，500W 級電動カートのバッテリーレス

走行実験を行い，汎用建材による電化フロア構築が可能であることを示す．次に，アスファルトを表層とした電化道路による走行中ワイヤレス給電の実証実験について述べる．モルタルと同様，材料や構造について評価を行い，高い給電効率を得られる材料および道路断面構造を検討する．検討した材料・構造を用いて豊橋技術科学大学内に直線30m 電化道路を敷設する．敷設した電化道路によるバッテリーを取り外した 5kW 級
EV の走行実験を行い，大電力集電かつ長距離走行が可能であることを実証する．

別紙５－１（論文博士（英文））Date of Submission (March 23, 2018):
Department:

Electric and Electronic
Information Engineering

Applicant’s nameSonshu Sakihara

Contact
faculty

Takashi Ohira

Abstract（Doctor）
Title of Thesis

Key Technologies for Capacitive-Coupled Dynamic Powering toElectric Vehicles

Approx. 800 words

Electric vehicles (EVs) are expected to replace gasoline vehicles since electricmotors exhibit much higher energy efficiency than fossil fuel engines. However, theEV has not been deployed for the moment. This is supposed to come from batteries,
which bring three problems: 1) short cruising range, 2) long battery recharging time,and 3) high battery cost. With such background, Hanazawa and Ohira are working
on a technique for wireless power transfer to a running EV called Electric Railway
Electric Vehicle (EVER). They believe that this technology will become an initiator
for mass deployment of EVs. EVER has three advantages as follows: 1) Tolerant oftransverse drift of the vehicle thanks to the electrodes wider than the tires. 2)
Constant coupling capacitance between the feeder electrode and the tire since thetire is always on the road surface without the air gap. 3) Less field emission since
the electric field concentrates between the electrode and the tire. They have carriedout demonstration experiments of EVER at EVs, such as 1/32 scale vehicle models
and electric carts.
This paper presents key technologies for practical implementation of EVER.
Chapter 1 describes that how EV is needed in our future society, what is wirelesspower transfer, and history of research on wireless power transfer to traveling EVs.
Chapter 2 describes the background technologies related to my work. I explain thatwhat are EVER, Via-Wheel Power Transfer, kQ, and composite right- andleft-handed electrified roadway. Chapter 3 describes a nonlinear load impedance
measurement scheme using an oscilloscope and Mobius transformation. Powertransfer efficiency is one of the most important issues in RF system design.
Especially in RF power transfer systems, impedance matching is much more crucial
than that required in communication systems. This is because even small
mismatches may cause an unacceptable amount of reflection in power systems. I
present a new approach to high-power impedance measurement featuring anoscilloscope and Mobius transformation. This enables us to observe apower-dependent load as is exposed to RF power in the actual application level inreal time. Chapter 4 describes power transfer efficiency degradation caused by thestanding waves generated when the long section of the electrified roadway isassumed. Previous work proposed the restraints of standing waves by the composite
right- and left-handed electrified roadway. However, this method needs periodicallyburied high frequency circuits under the roadway surface. Therefore, I propose a
new scheme to obtain the maximum power transfer efficiency for the load placed at
an arbitrary position. The feature of the proposed system is to load a variable
reactor at the far end of the electrified roadway. This has a very simple configurationand it is not necessary to periodically bury the circuit under the roadway. In thesimulation and demonstration experiments, I show that the proposed system works
as expected. Chapter 5 describes the demonstration experiment of EVER by general
purpose building materials. First, I describe a development of mortar-paved
electrified floor for dynamic powering to EV. I find that the power transfer efficiency
degradation stems from the mortar containing water inside. I propose a novel
mortar that employs ultra high strength fiber which has high dielectric constantand low loss tangent simultaneously. I evaluate electrified floor structure by using
electromagnetic field analysis and discover a cross sectional structure that canreach high power transfer efficiency. I fabricate a prototype of mortar-paved
electrified eight-shape course and demonstrate battery-less running of an electriccart. As a result of running tests, I show that the electric cart continuously runs at 5km/h and the EVER system with the mortar surface layer works well.
Second, I describe a development of asphalt-paved electrified roadway for dynamic
powering to EV. Like mortar, I evaluate materials and structures, and consider
materials and road cross-sectional structures that can achieve high power transferefficiency. Using the materials and structures developed, I made a straight 30 m
electrified roadway in the campus at Toyohashi University of Technology. I also
develop a far-end reactive matching (FERMAT) system to solve the problem ofstanding wave. I made a running test of a 5 kW class battery-less EV on thefabricated electrified roadway. As a result of running tests, the electric cart
continued running outdoors at 10 km/h and the EVER system with the asphalt
surface layer was successful. I believe that this is a major step of practicalapplication of EVER. Chapter 6 describes the conclusion and prospects for thefuture.