技術士二次試験対策『ワイヤレス充電』
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技術士試験用『ワイヤレス充電』のまとめ情報
【概 要】
《ワイヤレス充電とは》
ワイヤレス充電とは、電線を使わずに電力を送ること。1次電力を送信アンテナから空間を隔てて送り、それを受信アンテナで受け取って実際に使用する。ワイヤレス充電は、近年注目を集めている技術である。たとえば、携帯のバッテリー充電であったり、道路を走行する電気自動車への充電について技術開発が進められている。
【ワイヤレス充電方式の種類】
ワイヤレス充電方式には、様々種類があるが今回代表的な4つの法則について情報をまとめる。
【各方式の特徴】
《電磁誘導方式》
送電側と受電側との間で発生する誘導磁束を利用して電力を送電する方式で、一般的なワイヤレス給電方式である。回路構成が簡単で、小型かつ低コストで実現できる。また高効率であるのも特長ある。デメリットとしては、伝送距離が短く、位置ずれの影響をうけやすい。
現在、ワイヤレス給電で最も主流なのが、磁界を用いた方式。この方式は、電磁誘導の原理が技術ベースとなっている。
・コイルに電気を流すと磁界が発生（右ねじの法則）。
・その磁界を離れている場所にあるコイルが受けると誘導電流が流れて電気
が発生する。
《磁界共鳴方式》
送電側と受電側の共振器を磁界共鳴させて、電力を伝送する方式。
距離の長い電送が必要な際に用いられ、EV（電気自動車）の充電用途として開発がすすめられている。
磁界共鳴方式では、送電側コイルを含む共振回路と、それと同じ共振周波数を持つ受電側コイルを含む共振回路で構成され、送電側コイルに電流を流すと発生する磁界の振動が、同じ周波数で共鳴する受電側共振回路に伝わり、電流が流れるという原理を利用している。
ある程度距離が離れていても、電力伝送できるため、複数充電や送電側と受信側の間に隙間があっても給電できるのことが特徴である。
《電界結合方式》
送電側と受電側にそれぞれ電極を対面させ、キャパシタを形成、高い周波数で電気を流すと相手側電極にも電気が流れる現象（高調波電流）で伝送する方式。
電磁誘導方式と同程度の短い送電距離であるが、位置ずれの影響が少なく、給電部の発熱が少ないことが特長。デメリットは、高電圧発生の変圧器厚みが大きくなること。
ここで、静電容量結合とは、2枚の相対した電極の片方に電流を流しこんで正電荷を注入すると、その正電荷に引き寄せられて、もう一方の電極に負電荷が集まるというもの。
見かけ上、負電荷の動きと逆の方向に電流が流れることになる。この静電容量結合の利用により、2枚の電極間に電力を送ることが可能。
電界結合方式は電磁誘導方式と比較して、比較的安価で軽量なワイヤレス給電システムが実現できると期待されている。電磁誘導方式で必要となる高価な導線や、高価で重い磁性体などが必要とされないため。ただし、磁界の伝わり方を決める透磁率に比べて、電界の伝わり方を決める誘電率が５桁も小さい値であるため、電界結合方式は比較的長距離のワイヤレス給電には向かず、送電パット上に受電機器を置くなどの、ごく近距離で使うケースに向いていると見られている。
《電波受電方式》
送電側で電流を電磁波に変換、受電側でアンテナから電磁波を受信し、整流回路で直流電
流に変換する、電磁界を利用して電力を送電する方式。伝送距離は数メートルと長いのに対し効率が悪いことがデメリットである。
電波受信方式は、電流を電磁波に変換して電力伝送を行います。これを受電側の整流回路で直流電流に変換します。2.4GHzや5.8GHzなど非常に高い周波数を用いるのが一般的である。
非常に長距離の電力伝送が出来る為、宇宙太陽光発電という構想などもある。その他、2.4GhzのWifi電波を受電して電力エネルギーとして活用するなどの構想もある。
【最後に】
ワイヤレス充電方式については、電気電子部門において過去にも出題されており今後も出題される可能性の高い分野です。ですので、今回の内容はぜひチェックして頂ければと思います。
参考資料
⇒https://www.rd.ntt/se/media/article/0023.html
⇒https://www.rohm.co.jp/electronics-basics/wireless-charging/wireless-charging_what2
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