成果報告書詳細
管理番号20140000000045
タイトル平成22年度- 平成24年度成果報告書 省エネルギー革新技術開発事業 挑戦研究 走行中非接触給電システムの研究開発
公開日2014/2/28
報告書年度2013 - 2014
委託先名昭和飛行機工業株式会社 国立大学法人東北大学 日産自動車株式会社
プロジェクト番号P09015
部署名省エネルギー部
和文要約本研究開発では,走行中非接触給電システムの開発ために,(a)大ギャップ化の研究,(b)高効率化の研究,(c)低電磁放射化の研究を実施し,(d)電力伝送試験により走行中非接触給電の実証を行った.大ギャップ化の研究では,路面給電において,1倍角コイルでエアギャップ200mm,2倍角コイルで300mm,4倍角コイルで600mmが可能であることが示された.これらの結果から,大きさ的には,路面給電方式が十分実用になり得ると考えられる.側面給電では,路面下に共振中継コイルを置くことにより側面方向のエアギャップ1-2mは達成可能と言えるが,コイル電圧は1kVを大きく超えることが示された.高効率化の研究では,電力伝送試験において,目標の2kW出力にてコイル間効率85-90%が得られ,中継コイル方式では91%が得られた.理論的には,高リアクタンスコイルにすればコイル間効率が上がるということが示されており,本研究はそのことを実証したとも言える.路面給電による移動体給電実証試験では,30m送電路によってコイル間効率80%以上,2kW走行給電の目標が達成された.本研究の実施計画書では,実用化に至った場合の連続走行給電電力として14kWが必要と試算しているが,開発した送電路は実際の乗用車給電を想定したサイズの路面給電用電路である.この電路で2kWの7倍の14kWを送電するためには,例えば受電側負荷電圧を7の平方根,つまり2.65倍にすることによって実現できる.この電圧は具体的には約1000Vであるから,十分実現可能である.やや電圧を下げ,例えば負荷電圧を1.4倍の560Vとし,電流を3.5倍の約100Aとする案も考えられるが,この場合,コイル間効率を不変とするためには,送電コイルの導体断面積が3.5倍となり,銅使用量は3.5倍となる. 低電磁放射化の研究では,多極コイルは電界の放射抑制効果があると期待されるので確認試験を行った.ところが,コイルの長手方向に多極化する場合は放射抑制効果は期待できるが,横方向に多極化する場合は遮蔽を用いると放射抑制効果が大きく減殺されてしまうという意外な結果となった.そこでもう少し突っ込んで,コイルの長手方向に多極化したラダーコイルについて研究を進めた.その結果,ラダーコイルのループ数,遮蔽有りおよび遮蔽無しの3者と放射電界強度の間には規則性が存在することが明らかになった.それらをまとめると(1)ループ数が多いほど放射レベルは下がる,(2)遮蔽有りは,奇数ループの方が放射レベルは低い,(3)遮蔽無しは,偶数ループの方が放射レベルは低い,と言うことである.走行中非接触給電の場合,道路に設置する送電路コイルは長いコイルになるので,コストダウンのために使用材料を減らす必要がある.遮蔽の要否は大きくコストに関係するが,(3)に示されるように「遮蔽無しの偶数ループ」を選べば放射レベルは低く抑えることができ,コストダウンに寄与できる.以上,遮蔽とコイル形状の間の放射の規則性を見出すことができたのは大きな成果であった.高効率化の研究では,高いコイル間効率を得るためには,コイルの高リアクタンス化が必要となり,そのためには高周波数化,コイルの高インダクタンス化およびコイルの低電気抵抗化を図らなければならないことが確認できた.また,SiCパワー素子の効果について,MOSFETを用いたインバータのスイッチング素子を SiCスイッチング素子に交換して試験をし,スイッチング時に発生する波形のリンギングが大きく減ること,また総合効率が1-2ポイント向上することが確認できた.
英文要約Title: R&D Program for Innovative Energy Efficiency Technology, Exploratory research phase, A development of inductive power supply system for moving vehicles (FY2010-FY2012) FY2012 Final Report

We achieved four targets in developments of inductive power supply system for moving vehicles such as (1) enlarging air gap, (2) improving efficiency, (3) lowering emission and (4) practicing model size prototype. We experimentally ensured the performance of some inductive power supply systems for moving vehicles with 200mm air gap for 480mm coil and 300mm air gap for 960mm coil without resonant coil and 1100mm air gap with resonant coil with 80% or more efficiency for 2kW system. These scaled-down systems are applicable to a practical 14kW system by introducing higher reactance and conductance coil causing 1000V, which is not too high. The radiative emissions of the system are experimentally surveyed, so that the cross-weaved ladder coil with multi-loops should be employed and it should be without underneath ferrite magnetic shield for the number of loops is even. On the other hand, Odd number of loops requires the ferrite shield for lowering the emission. It is important knowledge to balance low cost with low EMI. It is supported by the experimental result that a numerical simulation for the multi-loop coil with/without magnetic shield. We implemented the system of 480mm size with 200mm air gap to a vehicle running at 5km/h on 30m rail track and made sure stable operation. Also we made sure the effect of SiC power device improve the efficiency by 1 or 2 points comparing with MOSFET device.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る