ワイヤレス電力：スマートフォンからEVへ──これからの道筋

今日の世界は、イヤホンやIHクッキングヒーターから、急成長する電気自動車充電分野まで、ますますワイヤレスインターフェースで電力を供給されています。問題は、最終的にケーブルなしで車を充電できたり、送電線や溝なしで遠隔地にグリッド電力を届けたりできるかどうかです。

ワイヤレス電力供給は大きく2つのカテゴリに分かれます。第1は、送信機と受信機の密結合に依存し、短いギャップを跨いで電界または磁界で直接エネルギーをシャトルする方式。多くの家電製品（IHクッキングヒーター、電動歯ブラシ、ほとんどのスマホ充電器）はこの原理で、近くの受信コイルに電流を誘導します。

第2のカテゴリである放射結合は、高周波電波のビームを、その電力をできるだけ収穫するようチューニングされた受信機に向けて照射する方式です。

送信機と受信機のアライメントが効率的なエネルギー伝送に不可欠です。（画像：Molex Ventures）

効率と伝送距離が両アプローチの主要指標です。密結合は精密なアライメントを要求します。例えばIHクッキングヒーターでは、鍋が磁気リングの中心から外れると即座に加熱停止。スマートフォンは内蔵磁石で充電パッドの中心に完璧に位置合わせし、この小さなエンジニアリング努力が充電時間を劇的に改善します。

より大規模なスケールでは、電気自動車のワイヤレス充電も同様のアライメント課題に直面します。最近のMolex調査では、自動車幹部の36%が2030年までにワイヤレス充電が標準機能になると予想。携帯充電器が通常数十ワットで動作するのに対し、EVは内燃機関と競争力を持つ長距離走行のために50kW〜250kWを必要とします。わずか数%のアライメントズレでも、インターフェースで数百ワットの無駄な熱につながります。

電気自動車ワイヤレス充電レーンの概念？（画像：Molex Ventures）

SAE InternationalのJ2954_202010規格は、定置型EV充電の相互運用性、電磁両立性、EMF制限、性能、安全性、試験を定義することでこれらの問題の多くに対処。現在の仕様は地上パッドをカバーし、埋め込み型設置には未対応ですが、将来的な動的充電シナリオのフレームワークを確立しています。

この規格はまた、ドライバーが車両を充電パッドに合わせるのを助けるアライメントプロトコルを規定し、将来の自律アライメントへの舞台を整えています。それでも、従来の充電ステーションにプラグインする利便性に匹敵するには、堅牢なエンジニアリングと規律あるユーザー習慣が必要です。

車内ワイヤレス充電は現在の限界を示しています：最適なコイルアライメントのために、スマホを特定の場所に置く必要があります。最も先進的なコンシューマー充電器でも、依然として固定場所に実質的にテザーされています。

様々な充電パッド形態：ラック、パッド、カップホルダー（画像：Molex Ventures）

最新スマートフォンは強力な磁石でアライメントを簡素化しますが、体験は依然として定義されたポイントに制約されます。より流動的なユーザー体験では、デバイスがある程度の体積内のどこでも、精密な結合なしで充電できるようになります。Molex Ventures出資のスタートアップOssiaは、MIMOスタイルアンテナアレイを活用し、受信機が直接視線内になくても電力をビーム伝送することで、まさにこのビジョンを追求しています。

Ossiaのシステムは、アンテナから定期的な信号を放出して近くのデバイスと同期。各受信機は存在と電力要件を報告するビーコンを放送。送信機は各ビーコンの位相を測定し、その情報を用いてデバイスに向けてコヒーレントなエネルギービームをステアリングします。複数アンテナで各要素の位相差を解決し、壁での反射も含めて受信機に到達する高精度ビームフォーミングを実現します。

Ossia Cota電力受信機搭載デバイスがビーコンで送信機を特定し、同一経路で電力を受信。（画像：Molex Ventures）

送信機は複数デバイスを同時サポート可能。各受信機が電力要求ビーコンを送信し、送信機がそれらの要求に比例して電力パルスを配分。体積内で効率的な分配を実現します。

剛性コイルではなくビームで電力を供給するこのアプローチは、「ワイヤレス充電」の概念を再定義します。天井取り付け火災報知器が無期限に稼働し、ロボット掃除機がドッキングなしで動作可能に。パラダイムシフトは充電から電力供給へ移行し、ユビキタスでテザーのないエネルギーの新たな可能性を開きます。

スマートフォンが有線固定電話から 우리를解放したように、真のボリュメトリックワイヤレス電力システムは日常習慣を変革する可能性があります。このビジョン実現の鍵は、アライメントセンサー、熱管理、高効率ビームフォーミングの進歩にあります──専門知識と集中研究が、ますます接続され、テザーのない世界への進歩を加速できます。

>> この記事は姉妹サイトEE Times Europeで最初に公開されました。

---

Lily Yeung氏はMolex, LLCのコーポレート開発ディレクター兼Molex Ventures, LLCのバイスプレジデント（Molex子会社）。金融、研究分析、新興テクノロジーの専門知識を融合し、Molex内とエレクトロニクス業界内の最前線でイノベーションを促進。フォワードシンキングなスタートアップ、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、コーポレートベンチャーキャピタルグループと直接連携し、起業家エコシステムの促進を担当。有望な初期段階企業への戦略的エクイティ投資により、Molex Venturesは産業と社会にポジティブなインパクトを与える最大の可能性を持つスタートアップを育成しています。

---

関連コンテンツ：

• 車内ワイヤレス電力設計課題の解明
• ワイヤレス充電の基礎理解
• ワイヤレス充電の複雑さを解きほぐす
• ドローンがワイヤレス充電ソリューションで飛び続ける
• ワイヤレステクノロジーの10のキートレンド
• 電気自動車電力管理を強化する新興ソリューション

Embeddedの週刊メールニュースレターを購読して、さらなる組み込み情報を入手してください。