Chireixカプラーの入力反射係数を用いたウェアラブル無線電力伝送におけるセンサレス結合推定
Sensorless Coupling Estimation via the Input Reflection Coefficient of a Chireix Combiner for Adaptive Wearable Wireless Power Transfer
ウェアラブル・生体応用向け適応型無線電力伝送(WPT)システムでは、動作による変動下での安定した電力供給維持のため、磁気結合係数の継続的な知識が必要となる。従来の方式は補助センサーや専用RF測定ステージに依存し、システム複雑化や小型プラットフォームへの統合を制限していた。本稿では、インフェーズモード(φ=0°)で動作するChireixアウトフェージングカプラーの入力反射位相に基づくセンサレス結合推定法を提案する。反射位相∠Γinは、カプラー入力アドミタンスにおける結合依存コンダクタンスと固定された感受性補償との構造的非結合に起因し、ウェアラブル関連範囲k∈[0.05,0.70]で結合係数に対し数値的に単調依存性を示す。この手法により、電力伝送を中断せず、追加のセンシングハードウェアを必要とせずに、送信機ポートの固有のRF観測量のみを使用して結合推定が可能となる。これは、サブミリ秒センシングと結合認識アウトフェージング制御を組み合わせた2段階プロトコルを通じて実現される。分析モデリング、数値評価、部品許容誤差下でのモンテカルロ解析、13.56MHzでの回路レベルSパラメータシミュレーションを組み合わせた検証により、部品変動、位相ノイズ、共振デチューニング下での堅牢な単調挙動が実証された。このフレームワークは、Chireixカプラーを電力合成と結合観測可能性を同時に可能にするデュアル機能構造として再解釈し、適応型ウェアラブルWPTシステムに低オーバーヘッドソリューションを提供する。
- インフェーズモード(φ=0°)で動作するChireixアウトフェージングカプラーの入力反射位相∠Γinから、追加センシングHWなしに磁気結合係数を推定するセンサレス結合推定法を提案。
- 反射位相が結合係数に対しウェアラブル関連範囲 k∈[0.05,0.70] で単調依存性を示すことを数値的に確認し、電力伝送を中断せず結合推定が可能。
- サブミリ秒センシングと結合認識アウトフェージング制御を組み合わせた2段階プロトコルで実現。
- 13.56MHzでの回路レベルSパラメータシミュレーション、部品許容誤差下のモンテカルロ解析により、部品変動・位相ノイズ・共振デチューニング下での堅牢な単調挙動を実証。
ウェアラブル・生体応用のワイヤレス電力伝送(WPT)で、補助センサーや専用RF測定ステージを不要にし、送信機ポートの反射位相∠Γinのみから磁気結合係数を推定するセンサレス手法。13.56MHzでの回路レベルSパラメータ検証とモンテカルロ解析まで実施しており、部品公差・位相ノイズ・共振デチューニング下でも単調挙動を維持する点が実装上の信頼性を示す。適応型WPTのコスト・サイズ・部品点数を削減できる可能性があり、ウェアラブル給電や医療インプラント向けワイヤレス充電チップ/モジュールを手掛ける企業にとっては、センシングHW削減によるBOM低減と制御ソフト差別化の両面で注目材料。ただし現段階はシミュレーション主体の学術提案であり、実機検証・量産採用の有無が今後の投資判断の分岐点になる。