変形可能な二次元無線給電システムShape-Reconfigurable 2-D Wireless Power Transfer System

動物の自由な行動を阻害せずに長時間の活動計測や操作を行う神経科学実験において、実験環境の形状に応じて給電範囲を柔軟に拡張可能な無線給電システムの構築が求められている。
給電範囲の拡大には複数の共振コイルを配置するアレイ方式が有効だが、共振器間の過度な磁界結合（クロスカップリング）によるインピーダンス不整合が給電不能な領域（デッドゾーン）を生むため、全ユニットの同時かつ安定した駆動は困難であった。
本研究は、アレイの構成形状や受電器の動きに依存せず、デッドゾーンのない均一な電力伝送面を実現することを目的とする。
この課題に対し、隣接する共振器間の機械的接続に応じて適切なリアクタンス素子を装荷し、クロスカップリングの影響をパッシブに相殺する新規な補償機構を考案した。実機検証の結果、任意の配置においてデッドゾーンの完全な解消を確認し、従来構成で3.0%まで低下していた最低給電効率を56.8%まで劇的に向上させることに成功した。
本成果は、専門知識のないユーザでも共振器を並べるだけで即座に給電環境を構築できる、適応的な無線給電インフラの基盤技術となる。

Wireless power transfer systems capable of flexibly expanding coverage according to experimental environments are essential for neuroscience research, enabling long-term measurement and manipulation of animal activities without restricting behavior. While array-based systems using multiple resonant coils are effective for extending range, simultaneous and stable driving of all units has been difficult due to impedance mismatch caused by excessive magnetic cross-coupling between resonators, which creates dead zones. This study aims to realize a uniform power transmission surface free of dead zones, regardless of the array configuration or receiver movement.
To address this, we developed a novel compensation mechanism that passively cancels cross-coupling effects by loading appropriate reactance elements based on the mechanical connection between adjacent resonators. Experimental validation confirmed the complete elimination of dead zones in arbitrary layouts, successfully improving the minimum power transfer efficiency from 3.0% in conventional configurations to 56.8%. These results establish a foundation for adaptive wireless power infrastructure, allowing users without specialized knowledge to construct power environments simply by arranging resonators like building blocks.

Riku Kobayashi, Damyon Kim, Yuichi Honjo, Yoshihiro Kawahara, Takuya Sasatani

KAWAHARA LABORATORY

変形可能な二次元無線給電システム
Shape-Reconfigurable 2-D Wireless Power Transfer System