電気自動車や産業用ロボットへの給電において、ケーブルを必要としない無線電力伝送技術は、自動化と利便性向上の鍵となる技術である。しかし、大電力伝送に伴い発生する漏洩磁界は周囲の電子機器や人体へ干渉するため、従来は重厚なフェライト等の磁性材料を用いたシールドによる抑制が不可欠であった。
本研究は、磁性材料に依存することなく、共振器の構造的工夫のみで漏洩磁界を効果的に抑制し、安全な大電力伝送を実現することを目的とする。
この課題に対し、永久磁石のハルバッハ配列に着想を得た、片側に磁界を集中させる特殊な巻線構造を持つフェライトレス共振器を提案した。さらに、進化的アルゴリズムを用いた数値最適化により、伝送効率を維持しつつ背面への漏洩を最小化する設計手法を確立した。シミュレーションおよび実機実験の結果、提案構造は従来のコイルと比較して漏洩磁界を劇的に低減させ、同一の磁界曝露制限下において50倍以上の電力を伝送可能であることを実証した。
本成果は、重量制約の厳しい移動体への大電力給電の実装を容易にし、無線給電システムの安全性と実用性を飛躍的に高めるものである。

Wireless power transfer technology is a key enabler for automation and convenience in powering electric vehicles and industrial robots. However, leakage magnetic fields generated during high-power transmission interfere with surrounding electronics and the human body, conventionally necessitating heavy shielding using magnetic materials like ferrite. This study aims to realize safe, high-power transmission by effectively suppressing leakage magnetic fields solely through resonator structural design, without relying on heavy magnetic materials.
To address this, we proposed a ferrite-less resonator with a specialized winding structure inspired by Halbach arrays, which concentrates the magnetic field on one side. Furthermore, we established a design method using an evolutionary algorithm to minimize leakage to the rear while maintaining transmission efficiency. Simulations and experiments demonstrated that the optimized structure dramatically reduces leakage fields compared to conventional coils, enabling the transmission of over 50 times more power under the same magnetic field exposure limits. These results facilitate the implementation of high-power wireless charging in weight-constrained mobile systems, significantly enhancing the safety and practicality of wireless power infrastructure.

Yuichi Honjo,Cedric Jean Vincent Caremel, Yoshihiro Kawahara, Takuya Sasatani

関連論文/Related Publications
Y. Honjo, C. Caremel, Y. Kawahara, and T. Sasatani, “Suppressing Leakage Magnetic Field in Wireless Power Transfer using Halbach Array-Based Resonators,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Volume 23, Issue 1, pp. 94-98, Jan. 2024.

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sasatani@g.ecc.u-tokyo.ac.jp