真のワイヤレス電力技術の可能性を実現
イヤフォン充電器や誘導ホブなど、さまざまなアプリケーションでワイヤレスインターフェイスを介してエネルギーを供給することにますます慣れてきていますが、このテクノロジーでどこまで到達できるでしょうか。ケーブルを接続せずに車を充電したり、鉄塔を植えたり溝を掘ったりせずに遠隔地にグリッド電力を供給できるようになるでしょうか。
ワイヤレス電力伝送には主に2つの形式があります。 1つ目は、送信機と受信機の間に電界または磁界を形成し、それを使用して一方から他方にエネルギーを伝達することにより、送信機と受信機を緊密に結合することです。一部の密結合電力伝達方式では、電界を使用して2つの電極を結合します。誘導ホブ、電動歯ブラシ、ワイヤレス電話充電器など、さらに多くの製品が送信機に電磁界を生成し、その電磁界を使用して近くの受信機に電流を誘導します。これにより、バッテリーの充電などのアクションを実行できます。
2番目の主要なアプローチは放射結合です。これは、多くの場合高周波電波の形でエネルギーのビームを、そのエネルギーをできるだけ多く取り込むように高度に調整された受信機に向けることを含みます。
効率的なエネルギー伝達には、送信者と受信者の調整が非常に重要です。 （画像：Molex Ventures）
それぞれのアプローチには利点と制限があり、エネルギー伝達の効率と伝送範囲が最も重要なメリットの2つです。密結合方式の場合、効率的なエネルギー伝達には、送信側と受信側の位置合わせが非常に重要です。誘導ホブを使用したことがある場合は、パンがリングのマークされた中心から移動するとすぐに加熱が停止するため、これを本能的に理解できます。また、最新のスマートフォンの背面に多数の磁石が埋め込まれていることに気付いたかもしれません。これにより、ワイヤレス充電パックが電話のレシーバーコイルと完全に位置合わせされます。充電時間は新しい携帯電話の実用性にとって非常に重要であるため、ワイヤレス充電を可能な限り効果的にすることは、エンジニアリングの努力とユニットあたりの製造コストに見合うだけの価値があります。
電気自動車のワイヤレス充電の標準を開発する取り組みにより、同様の課題がはるかに大規模に見られます。モレックスが実施した自動車会社の最近の調査によると、回答者の36％が、2030年までにワイヤレス充電が標準機能になると考えています。携帯電話では、充電率は数十ワットで測定されます。ただし、電気自動車（EV）は、長距離走行用の内燃エンジン車の実用的な代替品となるために、50KWから250KWの充電率が必要です。地上のトランスミッションコイルと車の下のピックアップコイルの位置を正しく合わせることが非常に重要になります。結局のところ、アライメント不良による数パーセントの転送損失は、充電器の伝送コイルと車両の受信機の間のインターフェースで無駄な熱として数百ワットの電力が消費されることを意味する可能性があります。
電気自動車のワイヤレス充電レーンのコンセプトは？ （画像：Molex Ventures）
SAE Internationalは、ワイヤレス車両の充電を取り巻く問題の多くに取り組むための標準（J2954_202010）をすでに公開しています。相互運用性、電磁両立性、EMF、パフォーマンス、安全性、および軽量プラグインEVで使用するワイヤレス電力伝送システムのテストの基準を確立します。この仕様は、固定充電アプリケーションでの使用を目的としていますが、将来的には動的アプリケーションが検討される可能性があります。現在の形式では、地上の充電パッドに限定されており、フラッシュマウントされた設置には対応していません。
SAE J2954規格は、ドライバーが充電パッドに車両を並べて効率的なエネルギー伝達を確保し、将来的に自動車がこれを自律的に行うためのインフラストラクチャを提供するのに役立つ調整へのアプローチも定義しています。しかし、ワイヤレス充電が、ガソリンポンプのように車を接続するだけの通常のユーザーの行動に取って代わる必要があるのと同じくらい簡単かつ迅速に行えるようにするには、優れたエンジニアリングと多くのユーザーの規律が必要になります。
車内の携帯電話のワイヤレス充電は、今日のワイヤレス電力伝送の不確実な約束のこれまでの最良の例です。結論：送信機と受信機のコイル間の強力な位置合わせを確実にするために、電話が特定の場所に配置されている場合にのみ機能します。
さまざまな形式の充電パッド。左から右へ：ワイヤレス充電ラック、ワイヤレス充電パッド、ワイヤレス充電カップホルダー（画像：Molex Ventures）
携帯電話のユーザーはそれほど寛容ではありません。そのため、最新のスマートフォンでは、ケーシングの後ろに強力な磁石があり、位置合わせを簡単に行うことができます。しかし、この種のワイヤレス充電は依然として部分的につながれた体験です。充電パッドが配置されている場所に移動する必要があります。より良いユーザーエクスペリエンスには、充電コイルへの緊密な結合や正確な位置合わせを必要とせずに、指定されたボリュームのどこにでもデバイスを充電できることが含まれます。 Ossiaと呼ばれるMolexVenturesの資金提供を受けたスタートアップは、送信機の見通し内にない場合でもデバイスにエネルギーをビームできるようにする高度なWiFiおよび5Gシステムで使用されるMIMOアンテナアレイのような戦略を使用して、まさにこれを行います。
Ossiaのアプローチでは、電力送信機はアンテナから通常の信号を送信して、近くの互換性のあるデバイスと同期させます。次に、各受信機は、その存在と電力の必要性を通知するビーコン信号を送り返します。電力送信機は、各ビーコン信号の位相を測定し、これを使用して、最も効率的なエネルギー伝達のために電力を送信する方向を決定します。
このアプローチは単一アンテナ送信機で機能しますが、複数のアンテナを備えた電力送信機は、それぞれに到達するビーコン信号のわずかに異なる位相を測定して、最も効率的な伝送パスをより正確に確立できます。次に、電力送信機は、各アンテナの位相と電力出力を調整して、コヒーレントなエネルギービームを受信機に向けることができます。また、この経路は見通し内にある必要はありません。受信機から送信されたビーコン信号が送信機に向かう途中で壁に当たって跳ね返った場合、送信機はそのビームを同じ経路に沿って戻します。
Ossia Cotaパワーレシーバーが有効になっているデバイスは、ビーコン信号を送信してCotaパワートランスミッターを特定し、同じパスを介してワイヤレスで電力を供給します。 （画像：Molex Ventures）
送信機は、ボリューム内の複数のデバイスをサポートすることもできます。そのボリューム内の各受信機は、必要な電力量を測定し、この情報を要求として送信機に送信します。次に、送信機は、サービスを提供している受信機からのすべての要求を比較し、必要に応じて各受信機にワイヤレス電力のパルスを割り当てます。
このアプローチの約束は、この方法でエネルギーを供給できるようになると、環境内でデバイスに電力が供給される方法に関するあらゆる種類の仮定を再考できることであると同社は主張しています。パラダイムは、ワイヤレス充電からワイヤレス電力供給に変わります。たとえば、天井の煙探知器は新しいバッテリーを必要とせず、ロボット掃除機はかさばるドッキングステーションに戻る必要なしにその義務を果たします。
携帯電話は、帯域幅と適切なレベルのバッテリー充電へのアクセスによってのみ制限される施設であるハンドヘルドデバイスから何にでもアクセスできることを教えてくれました。ワイヤレスエネルギー伝送は、電話や車の接続を回避するための便利な方法のようですが、最終的には、充電器の場所に接続されたままになります。定義されたボリューム内のどこにいてもデバイスにワイヤレスで電力を供給することが実用的になると、固定電話からスマートフォンに移行したときと同じように、機会と行動が変化する可能性があります。
最終的には、この変更には、位置合わせの問題を支援するセンサーや、高電力充電を容易にする熱管理ソリューションなどのサポート技術の開発が伴います。これには、ますます接続されているが束縛されていない世界への道を提供する専門知識が必要です。
>>この記事はもともと姉妹サイトであるEETimesEurope。
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リリーヨン Molex、LLCの企業開発ディレクターであり、Molexの子会社であるMolex Ventures、LLCの副社長です。 Lilyは、財務、研究と分析、および新興技術の専門知識を融合させて、現在最前線で活躍し、モレックスとエレクトロニクス業界でイノベーションを促進しています。彼女は、先進的なスタートアップ、インキュベーター、エンジェルグループ、ベンチャーキャピタル企業、企業ベンチャーキャピタルグループと直接協力することにより、起業家エコシステムを促進する責任があります。 Molex Venturesは、有望な初期段階の企業に戦略的な株式投資を行うことで、業界や社会にプラスの影響を与える可能性が最も高い新興企業を育成しています。 >
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