ワイヤレス充電がドローン艦隊の飛行時間限界を突破

大手企業が商用ドローン艦隊の導入を競っていますが、電池の限界が飛行時間を制約し続けています。より長いミッションを解き放つ鍵は、効率的で柔軟な充電にあり、この分野でWiBoticが主導権を握っています。4年前に設立されたWiBoticは、Junson Capital、SV Tech Ventures、Rolling Bay Ventures、Aves Capital、The W Fund、WRF CapitalなどからシリーズAで570万ドルを調達しています。

WiBoticのポートフォリオは、空中、移動、海洋、産業用ロボット向けのワイヤレス充電と電力最適化をカバー。特許取得済みのAdaptive Matching技術は、誘導結合と磁気共鳴の原理を融合し、垂直、水平、角度のオフセットが数センチあっても高電力で信頼性の高い充電を実現。これは、正確な位置決めが困難なドローンにとって決定的な利点です。

ハードウェアにとどまらず、WiBoticのソフトウェアライブラリは電池パラメータをリアルタイム監視し、充電サイクルをスケジューリング。複数のロボットが単一送信機を共有してもダウンタイムなしで運用可能です。ファームウェア、ファームウェア、クラウドAPIの統合により、オペレーターは艦隊稼働率を維持し、運用コストを削減できます。

ワイヤレス電力伝送（WPT）の背景

WPTはニコラ・テスラの19世紀の実験に遡ります。現代システムは、近距離でのみ効率的な誘導結合か、柔軟性は高いが受信機がオフセンターになると性能低下する磁気共鳴のいずれかを使用。WiBoticのAdaptive Matchingシステムは、ハードウェアとファームウェアの両方を動的に調整し、ソースと負荷のインピーダンスを整合させ続けることで、ドローン移動時でも最大効率を維持します。

図1：WPT手法の効率比較（出典：WiBotic）

インテリジェントソフトウェアアルゴリズム

ドローンタイプごとに電池化学、電圧、電流が異なるため、カスタマイズされた充電ロジックが必要です。WiBoticのエナジー最適化エンジンは、着陸したユニットを評価し、最適パラメータを選択。オペレーターはファームウェアまたはオンボードコントローラ経由で設定可能です。このアーキテクチャはダウンタイムと総艦隊コストを最小化します。

Ben Waters CEOは説明します。「我々の革新はRFアンプの出力と受信側整流器の入力に焦点を当てています。システムインピーダンスをリアルタイムで動的に調整し、移動や擾乱に適応しながら電力伝送を犠牲にしません。」

システムアーキテクチャ

標準充電パッドは3 ft×3 ftで、着陸したドローンの電池タイプを識別し、自動的に正しい充電プロファイルを構成する「インテリジェント」誘導プレートを備えます。

WiBoticステーションを定義する4つのコアコンポーネント：送信ユニット、送信アンテナコイル、オンボード充電ユニット、受信アンテナコイル。送信ユニットがSMA同軸ケーブル経由で高周波信号をアンテナコイルに送り、必要な電界と磁界を生成。オンボード充電器が受信したRFエネルギーをDCに変換し、幅広い電池を安全に充電します。

図2：WiBoticアーキテクチャブロック図（出典：WiBotic）

オンボードプロセッサは、ステートマシンと動的制御アルゴリズムを実行するARMベースのSTM32マイクロコントローラ。数百ワットを超える電力レベルでもシステム擾乱を防ぐため、迅速な低レイテンシ調整を実現。効率を最大化するため、WiBoticはRFアンプにGaN半導体技術を採用し、高周波スイッチングと最小損失を実現しています。

GaN Systems Inc.と提携し、GaNデバイスを統合してドローンとロボットの電力と範囲要件を満たします。Vicor 48V VI Chip PRMレギュレータが送信機を駆動し、AC-DC電源から48 Vを受け入れ、20 V〜55 Vの間で適応的に出力を調整します。

図3：ワイヤレス充電中のロボット（出典：WiBotic）

ビジネス開発VPのMatt Carlson氏は、「ロボティクスと産業オートメーションに焦点を当てていますが、携帯電話から重工業機器までワイヤレス充電の広範な採用が我々のイノベーションを駆動します。過去の充電傾向から学習し、将来の性能を予測するAI駆動アルゴリズムを開発中です。」と述べています。

WiBoticのクラウドベースプラットフォームは、充電プロセス全体のリモート監視と制御を可能にします。オペレーターは、飛行需要が高い時期に急速充電をスケジュールし、需要が低い時期にはメンテナンスグレードの遅い充電を実行できます。

原文はEE Timesで公開。