2021.10.21#ワイヤレス給電#無線給電TwitterでシェアFacebookでシェアスマートフォンなどをワイヤレスで充電できる無線給電の普及が始まっています。コンセントから離れた場所にある機器であっても、自動的に充電することが可能になることから、デジタル機器の利便性が劇的に高まることが期待されています。この記事では、先ず無線給電の詳細や課題を説明し、世界や日本における実用化の進展状況、そして無線給電の実現によって私たちの生活がどのように変わっていくと考えられているのかを紹介していきます。無線給電(ワイヤレス給電)とは無線給電とは、離れた場所にある電気機器や電気自動車(EV)などに、電源コードを用いることなくワイヤレスで充電する技術です。ワイヤレス電力伝送(WPT)とも呼ばれます。[*1]無線給電における電力の伝送方式は、有効伝送距離が数10cm程度の「近接結合型」と10m以上離れたデバイスにも電力伝送が可能な「空間伝送型」に分けられます。方式があります(図1)。伝送距離はとれませんが、送電電力が大きく伝送効率が高いのが特徴です。p3電磁誘導方式は、伝送距離が数mmから数cm、伝送効率が70〜90%で、数W程度の微小電力から100kW以上の大電力までの送電が可能な方法です。静止して給電するチャージ方式と移動しながら給電することが可能なレール方式があります。*4]電界結合方式は、伝送距離が数mm程度と小さいものの、伝送効率は80〜90%と高く、送電電力も数Wから最大数kWまでと比較的大きい電力の送電が見込める方法です。1つの充電台で複数の機器・端末を同時に充電できるという特徴があります。*4]電磁誘導方式と電界結合方式は、共に伝送距離が小さく、実用化されている製品のほとんどは接触して給電を行っています。利便性を高めるには、非接触での給電の実現が必要であり、伝送距離を伸ばすべく研究開発が進められています。[*4]磁界共振方式は、数10cmから数m程度の距離までの伝送が可能な方法です。伝送効率が40〜60%程度と低く、送電電力は数Wから数100W程度となっています。近接結合型の中では、伝送距離が数m程度までと大きいため、非接触の給電システムを構築しやすい方法です。送電電力が小さいことが課題で、電磁誘導方式や電界結合方式と同程度の大電力送電を目指した研究開発が進んでいます(図2)。光給電(レーザー)方式などの方式があります(図3)。⻑距離伝送に有効ですが、伝送効率は一般的に高くありません。p4電波(マイクロ波)方式は、マイクロ波などの電波として電力を伝送する方法です。伝送距離は、数mから数10m程度ですが、理論的には数万km以上の伝送も実現できるとされています。送電電力が数mWから数100Wと比較的小さく、伝送効率も数%程度と低いことが課題です。高効率化と大電力化が進められており、38%もの高効率を実現している研究や10kWの電力伝送を実現した実証実験が行われています。一方で、送信電波の他の無線通信への干渉や人体に対する電波暴露が想定されるため、他の無線通信と共用するためのシステム作りや生体への安全性について考慮する必要があります。携帯電話や無線LANの周波数帯が利用される予定であり、一定の安全性がすでに確かめられているとも言えます。電磁波の人体への影響には不明な点が多く、携帯電話も運用が開始されてからまだ20年ほどしか経っていないため、長期間電波に曝された場合にどのような影響が人体に現れるか分かっていません。*5]光給電(レーザー)方式は、光を用いた電力の伝送方法で、レーザー光を太陽電池で受け取る方法などがあります(図4)。伝送距離が長いのはもちろん、小型装置かつ小径ビームでも大電力給電が可能です。研究段階の無線給電方式であり、未来の無線給電方式としてその実現が期待されています。まとめたものが図5です。無線給電は実用化が進んでおり、日本も含めた世界中で無線給電を利用した様々な製品が発表されています。世界の自動車メーカーは、すでに無線給電を搭載したEVやプラグインハイブリッド自動車(PHV)を製品化して販売。無線給電を備えた自動車は、所定の位置に駐車するだけで充電が始まるとされています(図6)。p14また、世界各国でワイヤレス充電バスの実証実験が行われており、アメリカでは商用運転がすでに始まっています。その実運用されているワイヤレス充電バスは、1時間の運用中、走行ルート中へ設置された給電装置上に10~20分間停車することで充電が行われます(図7)。p25家庭やオフィスで用いられている電気機器では、以下のような製品で無線給電が搭載されています。小型化・薄型化が求められるスマートフォンやタブレット、ノートパソコンイヤホンやヘッドフォン、デジタルビデオカメラなどのハンディ電子機器また、モバイル機器用として「Qi(チー)」と呼ばれるワイヤレス給電の国際標準規格が策定されており、Qi規格対応の給電機器が組み込まれた家具などが販売されています(図8)。p37しかし、上述した製品の無線給電は、全て近接結合型です。空間伝送型の無線給電については、携帯電話や無線LAN(Wi-Fi)機器などに割り当てられた周波数帯との電波干渉、人体が電波へ曝されることに対する安全性などの問題もあり、実用化はあまり進んでいません。搭載したゲーム機用コントローラなどが販売されています。2020年に制度化し、2021年から社会実装すると発表しました。利用を想定し、以下の5つの使用例を挙げています(図9)。市場規模が約700億円になると予測しています(図10)。p52024年の実現を目標とする「第2ステップ」では、利用範囲を屋外にも広げるとしています。保持するモバイル端末等への自動的な給電も想定しており、利用者に認知されずに充電することも見込んでいます(図11)。p21さらに「第3ステップ」では、遠隔地への大電力送電や飛行するドローンへの充電・給電などの発展も考えられています(図12)。実用化と普及によって、無線化が進んでいる通信と同様、どこでもワイヤレスで給電することが可能となる社会の到来が予想されます(図13)。p4自動車の自動運転の到来を見越し、高速道路の一部に敷設した路面コイルから走行中のEVなどへ無線給電を行う研究も始まっています。実現すれば、航続距離が無限になるとともに、バッテリー容量の削減による軽量化なども可能となります。[*8]また、超長距離のワイヤレス電力伝送が可能になれば、宇宙空間で太陽エネルギーを集めて、そのエネルギーを地上へ伝送し、地上で電力を利用する宇宙太陽光発電システムの実現も一歩前進するでしょう(図14)。宇宙太陽光発電システム」https://ssl.jspacesystems.or.jp/project_ssps/?doing_wp_cron=1611549395.4491760730743408203125そして、電力の伝送全てをワイヤレスで実現できれば、送電網の必要性もなくなり、電線やコードが存在しない社会が実現可能となるのです。/HATCHでは登録をしていただいた方に、メールマガジンを月一回のペースでお届けしています。メルマガでは、おすすめ記事の抜粋や、HATCHを運営する自然電力グループの最新のニュース、編集部によるサステナビリティ関連の小話などを発信しています。登録は以下のリンクから行えます。/かけがえのない地球を、大切な人のためにつないでいくアクション。2023.03.10Newsletterメールマガジン無料でHATCH編集部よりニュースをお届けします。人気記事メルマガ登録シェアインタビューエネルギーデジタルやってみよう。