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所属 |
大学院理工学研究科 数理・電気電子情報学専攻 電気電子工学コース |
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特記事項 |
高橋 翔太郎 |
髙橋 翔太郎 (タカハシ ショウタロウ)
TAKAHASHI Shotaro
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出身大学院 【 表示 ／ 非表示 】
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2017年04月-2020年03月
北海道大学 情報科学研究科 システム情報科学専攻 博士後期課程 修了
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2015年04月-2017年03月
北海道大学 情報科学研究科 システム情報科学専攻 修士課程 修了
職務経歴（学外） 【 表示 ／ 非表示 】
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2022年04月-2023年03月
成蹊大学 理工学部 理工学科 助教
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2021年04月-継続中
東京都立大学 システムデザイン学部 客員研究員
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2021年04月-2022年04月
成蹊大学 理工学部 システムデザイン学科 助教
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2020年04月-2021年03月
東京都立大学 システムデザイン学部 特任助教
学会（学術団体）・委員会 【 表示 ／ 非表示 】
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2020年08月-継続中
日本国
電子情報通信学会
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2018年-継続中
日本国
IEEE
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2015年05月-継続中
日本国
電気学会
研究等業績 【 表示 ／ 非表示 】
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Shotaro Takahashi
IEEE Access ( Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ) 10 123068 - 123079 2022年11月 [査読有り]
研究論文（学術雑誌）
Due to their high permeability and high effective permittivity, manganese zinc (MnZn) ferrites exhibit magnetic resonance depending on the core dimension. Once magnetic resonance occurs, the relative permeability of MnZn ferrites decreases drastically in the high-frequency (HF) range. The decrease in the relative permeability can influence the HF noise reduction performance of common-mode inductors (CMIs). Based on the above, this study experimentally investigates the impact of the dimensional effect of MnZn ferrites on the small-signal characteristics of CMIs. First, the CM small-signal characteristics of CMIs with different core dimensions indicated that the dimensional effect of MnZn ferrites decreases the CM impedances of the CMIs in the HF range. Two types of core division (air gap insertion and core lamination) were applied to the core to mitigate the dimensional effect on the CM impedances of the CMIs. The influence of the core divisions on the complex permeabilities and the small-signal characteristics of the CMIs were evaluated based on the experimental results. The measurement results clarified that core lamination might be the appropriate option in EMI filtering applications because it can mitigate the dimensional effect and increase the CM impedance of CMIs in the HF range without increasing the number of turns.
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Attenuation Characteristics of the Input/Output Coupling Passive EMI Filter on Conducted Emission in Motor Drive Systems
Shotaro Takahashi, Sari Maekawa
IEEJ Journal of Industry Applications ( IEEJ ) 11 ( 5 ) 2022年05月 [査読有り]
研究論文（学術雑誌）
The authors propose an input/output coupling passive electromagnetic interference filter (PEF) for motor drive systems. The input/output coupling PEF uses magnetic coupling and integrates the common-mode inductors connected to the input and output sides of an inverter into a single magnetic component. Hence, this study investigates the attenuation characteristics of the input/output coupling PEF on conducted emission in motor drive systems. The measured results show that the input/output coupling PEF increases the attenuation of conducted emission compared to conventional PEFs over a broad range of frequencies.
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Wideband Small-Signal Model of Common-Mode Inductors Based on Stray Capacitance Estimation Method
Shotaro Takahashi, Sari Maekawa
IEEJ Journal of Industry Applications ( IEEJ ) 11 ( 3 ) 2022年03月 [査読有り]
研究論文（学術雑誌）
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Takahashi Shotaro, Wada Keiji, Ayano Hideki, Ogasawara Satoshi, Shimizu Toshihisa
IEEJ Journal of Industry Applications ( 一般社団法人 電気学会 ) 11 ( 1 ) 7 - 19 2022年01月 [査読有り] [招待有り]
研究論文（学術雑誌）
<p>The switching frequency of power converters is continuing to increase with the demand for their increased power density. Therefore, the frequency band of the electromagnetic interference (EMI) generated by power converters ranges from several kilohertz to 100MHz or more, thereby increasing the importance of EMI countermeasures in power converters. In addition, with the practical applications of smart grids and microgrids and the introduction of 5G technology, cases wherein power converters and information communication devices are placed in close proximity are continuing to increase. Thus, in societies wherein power converters and information communication devices are highly integrated, it is necessary to ensure electromagnetic compatibility based on a different concept. This paper presents a review on modeling and suppression techniques for the EMI generated by power converters and discusses future prospects in this field.</p>
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巻線とコア間の絶縁体を考慮したトロイダルインダクタに生じる浮遊容量の簡易推定法
高橋 翔太郎, 和田 圭二
電気学会論文誌D ( 電気学会 ) 142 ( 1 ) 33 - 40 2022年01月 [査読有り]
研究論文（学術雑誌）
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Suppression of High-Frequency DC- and AC-Side Common-Mode Currents in DC-Fed Motor Drive Systems
Shotaro Takahashi, Satoshi Ogasawara, Masatsugu Takemoto
2020 23rd International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS) ( IEEE ) 783 - 788 2020年11月
総説・解説（国際会議プロシーディングズ）
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A Novel Simulation Model for Common-Mode Inductors Based on Permeance-Capacitance Analogy
Shotaro Takahashi, Satoshi Ogasawara
2020 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE) ( IEEE ) 5862 - 5869 2020年10月
総説・解説（国際会議プロシーディングズ）
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Experimental Evaluation of the Relationship between Filter Inductor Impedances and Dimensional Resonances of MnZn Ferrites
Shotaro Takahashi, Satoshi Ogasawara, Masatsugu Takemoto, Koji Orikawa, Michio Tamate
2019 IEEE 4th International Future Energy Electronics Conference, IFEEC 2019 2019年11月
総説・解説（国際会議プロシーディングズ）
© 2019 IEEE. This paper explores the relationship between filter inductor impedance and dimensional resonance in magnetic cores. Experimental results were obtained showing multiple factors behind the resonances that appear in the frequency characteristics of inductor impedances: the inherent characteristics of a magnetic material, the self-inductance of an inductor and stray capacitance in its winding, and the winding acting as a distributed constant line. Next, based on the measurement results, the dimensional dependencies of the complex permeabilities (dimensional resonance) and the influence of dimensional resonance on inductor impedance are discussed in detail. Finally, this paper shows that the effect of dimensional resonance on complex permeability can be mitigated and filter inductor impedance can be increased in the high frequency range by a core lamination. These results are verified by the experiments described in this paper.
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High-Frequency Noise Suppression in a Buck-Converter System Based on SiC Devices
Shotaro Takahashi, Satoshi Ogasawara, Masatsugu Takemoto, Koji Orikawa, Michio Tamate
2019 IEEE ENERGY CONVERSION CONGRESS AND EXPOSITION (ECCE) ( IEEE ) 2859 - 2866 2019年
総説・解説（国際会議プロシーディングズ）
High switching speed in next-generation power devices such as silicon carbide allows increased switching frequencies in power converters. Higher switching frequencies increase power densities, but also increase frequencies of electromagnetic noise accompanying switching operations, resulting in more serious electromagnetic interference (EMI). Radiated EMI will thus soon become a major concern when developing power converters. Most previous works have focused on conducted EMI, resulting in a dearth of research on radiated EMI from power converters. We thus investigated the generation mechanism of radiated noise from power converters to identify effective reduction methods. We identify two propagation paths of high-frequency (HF) common-mode (CM) noise currents, primary CM (PCM) and secondary CM (SCM). SCM constructs a large propagation loop, thus becoming a major source of radiated noise. To suppress HF CM current flow through each mode, we fabricate two types of CM inductors (CMI). HF CM currents are measured in a simple buck converter system. CM current measurements verify the effectiveness of CMI for reduction of HF CM currents and clarify how SCM voltage source is generated. The described generation mechanism of SCM voltage source and radiated noise is verified by measurements of radiated noise in a fully anechoic chamber.
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A Modeling Technique for Designing High-Frequency Three-Phase Common-Mode Inductors
Shotaro Takahashi, Satoshi Ogasawra, Masatsugu Takemoto, Koji Orikawa, Michio Tamate
2018 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, ECCE 2018 ( IEEE ) 6600 - 6606 2018年12月
総説・解説（国際会議プロシーディングズ）
© 2018 IEEE. Switching speed of the next-generation power devices based on the wide-bandgap semiconductors such as silicon carbide and gallium nitride are more than ten times faster than the conventional silicon insulated-gate bipolar transistors. This may increase frequency ranges of electromagnetic noise accompanied by switching operations of power converters. Besides, the operating frequency ranges of noise filters are limited due to frequency dependencies of magnetic materials and parasitic components of passive components, thus, the realization of the high-frequency (HF) noise filter with the operating frequency range beyond several ten megahertz is difficult. This paper presents a modeling technique for estimating the operating frequency range of the HF three-phase common-mode (CM) inductors. The proposed method includes a novel simple estimation technique of winding stray capacitance. The CM impedance measurement results validate that the proposing model can estimate the operating frequency range of the HF three-phase CM inductor while securing practically sufficient precision at the design-stage.
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コモンモードインダクタの体積最小化に関する一検討
安原崇志, 高橋翔太郎, 小笠原悟司, 竹本真紹, 折川幸司, 小林孝次, 吉田浩, 柏原辰樹
電気学会全国大会講演論文集(CD-ROM) 2020 2020年
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磁性材料の複素透磁率を考慮した単相コモンモードインダクタの回路シミュレーションモデル (半導体電力変換研究会・パワーエレクトロニクスに関するEMC)
高橋 翔太郎, 小笠原 悟司, 竹本 真紹, 折川 幸司
電気学会研究会資料. SPC = The papers of technical meeting on semiconductor power converter, IEE Japan ( 電気学会 ) 2019 ( 142 ) 1 - 6 2019年11月
研究発表要旨（全国大会，その他学術会議）
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パワーエレクトロニクス機器におけるノイズ電流ループについての基礎検討
高橋翔太郎, 小笠原悟司, 竹本真紹, 折川幸司, 玉手道雄
電気学会全国大会講演論文集(CD-ROM) 2019 2019年
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フィルタインダクタのインピーダンスと磁性コアの寸法共鳴との関係についての実験的検討
高橋翔太郎, 小笠原悟司, 竹本真紹, 折川幸司, 玉手道雄
電気学会産業応用部門大会(CD-ROM) 2019 2019年
◆原著論文【 表示 ／ 非表示 】
◆総説・解説【 表示 ／ 非表示 】
◆その他【 表示 ／ 非表示 】
Book（書籍） 【 表示 ／ 非表示 】
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高速スイッチング電力変換器が発生する電磁ノイズの抑制手法に関する研究
高橋 翔太郎 ( 担当： 単著 )
北海道大学 2020年03月
その他
SiC(炭化ケイ素)やGaN(窒化ガリウム)を用いた次世代パワーデバイスの実用化により，電力変換器の高速かつ高周波駆動化が進んでいる。この傾向は，電力変換器の高効率化・小型化という観点からは望ましいが，電力変換器のスイッチングに伴う電磁ノイズの増加を招く。また,製品の小型化に伴い，電力変換器と情報通信機器などの弱電機器の配置が近接する。これらの傾向により,電力変換器が生じる電磁ノイズに起因する電磁障害(EMI; Electromagnetic interference)の深刻化が懸念されている。従来，電力変換器の生じる電磁ノイズについての研究は，主に150 kHz から30 MHz で規制規格が設けられている伝導ノイズを対象として盛んに行われてきた。しかし，次世代パワーデバイスの高速スイッチングに起因する電磁ノイズは，30 MHz 以上で規制規格が設けられる放射ノイズの周波数帯域に達する。その一方で，先行する研究において，放射ノイズを対象としている研究は非常に少ない。従って，電力変換器が生じる放射ノイズの発生メカニズムの解明やそれに基づいた効果的な高周波電磁ノイズ抑制手法の早期の確立が求められる。本論文では，広帯域に渡り大きな減衰量を有するEMI フィルタの設計法の確立，高周波領域でのEMI フィルタの減衰量の向上，放射ノイズの発生メカニズムの解明とそれに基づいた効果的な抑制対策の確立を目的とし，以下の検討を行った。はじめに本論文では，EMI フィルタを構成する受動素子のうち，最も複雑な周波数特性を有すると考えられるインダクタに着目した。インダクタは，広く知られているように，浮遊容量に起因する自己共振によって，高周波領域におけるインピーダンスが大きく低下する。従って，高周波領域におけるインダクタのインピーダンスを評価するためには，設計段階における浮遊容量の推定が重要となる。しかしこれまでに，コモンモードインダクタ(CMI)を対象とした実用的な浮遊容量推定法はほとんど検討されていない。本稿では，先行研究において提案されている空芯ソレノイドインダクタを対象とした浮遊容量推定法を，トロイダルコアを用いたCMI に適用可能な形式に改良した。実際にCMI を製作し，インピーダンスアナライザを用いたインピーダンス測定を通じ，本手法が簡易な計算であるにも関わらず，実用上問題ない精度でCMI の浮遊容量を設計段階で推定できることを実証した。また従来，磁性材料の複素透磁率の周波数特性に起因するインダクタのインピーダンス減少は，浮遊容量に起因する自己共振に対して，ほとんど注目されていなかった。本論文では，フィルタインダクタの磁性コア材料として広く採用されるMnZn フェライトの複素透磁率の周波数特性が，選定したコアの寸法に依存することを実験的に指摘し，それがインダクタインピーダンスに与える影響を明らかにする。また，トロイダル形状のコアを磁路に水平な方向で分割し，積層することで，MnZn フェライトの複素透磁率の寸法依存性を緩和し，フィルタインダクタのインピーダンスを高周波領域で増加できることを実証した。加えて，本論文ではジャイレータを用いることで，CMI の幾何学的形状を反映したCMI の回路シミュレーションモデルを提案する。提案モデルは，1 kHz から100 MHz の広帯域に渡ってCMI のインピーダンスを再現できる。また，従来のビヘイビアモデルとは異なり，インダクタの各部に生じる浮遊成分に対する直感的な理解が容易である特徴を有している。提案モデルに基づき，LTspice などの汎用シミュレータを用いて，広帯域に渡り大きなインピーダンスを有するCMI のフロントローディング設計を実現できる。これまでに，電力変換器が生じる放射ノイズについての検討はほとんど行われていない。そこで本論文では，一次コモンモード(PCM)と二次コモンモード(SCM)という2 つの高周波ノイズ電流伝搬経路に着目し，電力ケーブルを伝搬するSCM 電流が主要な放射ノイズ源となることを実証した。また，SCM 電圧源が，PCM 電流と電源系統側のインピーダンスの不平衡によって生じることを明らかにした。この結果は，従来多くの試行錯誤を要した放射ノイズ対策を容易にすることが期待される。さらに，本論文では，アクティブフィードバック回路を用いた受動フィルタの高周波領域での減衰性能向上について検討している。従来検討されたアクティブ方式のノイズフィルタは，低周波領域の電磁ノイズ低減を目的としており，使用する能動素子の耐圧がボトルネックとなっていた。本論文では，アクティブフィードバック回路がMHz 帯域のノイズのみを抑制するように設計した点で他の方式に対して独創的である。また，使用した能動回路の出力飽和を避けることで，実際の電力変換器に実装可能であることを，実験データを基に示した。
産業財産権 【 表示 ／ 非表示 】
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アクティブノイズ抑制装置
特許
特願 特願2016-162368 特開 特開2017-051085
出願日： 2016年08月23日
公開日： 2017年03月09日
玉手道雄, 小笠原悟司, 高橋翔太郎, 竹本真紹
学術関係受賞 【 表示 ／ 非表示 】
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優秀論文発表賞 (本部表彰)
2022年03月 電気学会 コモンモードトランスレスハイブリッドEMIフィルタ
受賞者： 高橋 翔太郎 -
優秀論文発表賞 (産業応用部門表彰)
2021年09月 電気学会 巻線とコア間の絶縁体を考慮したトロイダルインダクタに生じる浮遊容量の推定法
受賞者： 高橋 翔太郎 -
優秀論文発表賞 (本部表彰)
2019年09月 電気学会 巻線間浮遊容量の簡易推定法を用いた高周波三相コモンモードインダクタのSPICEモデル
受賞者： 高橋 翔太郎 -
優秀論文発表賞 (基礎・材料・共通部門表彰)
2018年09月 電気学会 アクティブコモンモードフィルタの三相PWMインバータへの適用 −コモンモード電圧減衰特性−
受賞者： 高橋 翔太郎 -
産業応用部門論文賞
2018年08月 電気学会 電力ケーブルの放射ノイズを抑制可能なアクティブコモンモードフィルタの提案
受賞者： 高橋 翔太郎
科研費（文科省・学振）獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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アクティブフィードバックの適用による磁性材料の限界を超えたノイズフィルタの小型化
若手研究
研究期間: 2023年04月 - 2025年03月 代表者: 高橋 翔太郎
共同研究希望テーマ 【 表示 ／ 非表示 】
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パワーエレクトロニクス機器が発生する電磁ノイズの解析・抑制
共同研究実施形態 : 産学連携、民間を含む他機関等との共同研究等を希望する
産学連携協力可能形態 : 共同研究
学会・委員会等活動 【 表示 ／ 非表示 】
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電気学会論文委員会(D6グループ)
2021年07月-継続中委員
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一般社団法人日本電機工業会 EMC産学連携委員会
2020年07月-2021年03月オブザーバ