「空間伝送型ワイヤレス電力伝送システム」京セラが開発、電波で電力を送ってスマホやドローンが充電や電池交換要らずに

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「ワイヤレスで電力を供給する」

そんなロボットアニメのような技術が現実味を帯びてきました。詳細は以下から。

京セラのプレスリリースによると、同社は「空間伝送型ワイヤレス電力伝送システム」を実現する基礎技術を開発したそうです。

これは電波（マイクロ波）の放射を集中させる技術と、伝搬環境に応じてリアルタイムに放射を追従する技術を融合したもの。

この技術を電波を介して電力供給するシステムに適用することで、スマホやドローンなどにもワイヤレスで安定した電力を伝送できるようになります。

また、本来電池交換や充電が必要であったり、配線の制限があった機器が自由に設置できるようになるとのこと。

実際の試験では、移動するミニカーに搭載された小型モーターが駆動し、さらに移動に追従しながら安定して電力供給できることを確認したとのこと。直接見通せない場所でも電波の反射を利用して電力供給もできたそうです。

◆発表会の様子
まず登壇したのは、京セラ研究開発本部先進技術研究所所長の小林正弘氏。

長年にわたる通信機器製造やシステム開発で培った、電波を集中放射させる技術と、電波の放射を移動するものに追従して制御する京セラ独自の「アダプティブアレー」技術を融合することで、高精度かつ自由に制御できるワイヤレス電力伝送技術を開発しました。

続いて、研究開発本部先進技術研究所第一基板技術ラボワイヤレス研究課の田中氏が登壇。

まず開発の背景から。近年スマホやパソコン、IoT機器などインターネットに繋がる社会が当たり前となる中で、電源のワイヤレス化、センサーの省スペース化や自由な場所への設置、らにドローンやEVなどの移動体に追従できるワイヤレス電力伝送のニーズが生まれていました。

空間伝送型ワイヤレス電力伝送システムの構成は大きく送電装置と受電装置に分かれ、5.7GHz帯で送られたマイクロ波のエネルギーが、受電装置のレクテナで電力に変換。

伝送距離は最大10mで、1mにつき2381mWの電力の供給を実現しています。

京セラの空間伝送型ワイヤレス電力伝送システムの特徴は大きく分けて3つ。電波の放射を集中させ安定した電力供給を行う「高速追従」、不要な方向には放射を行わないことで人体やシステムへの影響を回避する「高精度」、そして変換効率70～80％という他社と比較しても競争力のある「高効率」が挙げられます。

高速追従は、マルチアンテナを使って電波の行路差で生じる振幅、位相の差を強め合うように制御することで、電力を集中させながら到達距離を伸ばせる「ビームフォーミング技術」によって実現しています。

また、電波の伝搬環境に応じて指向性を制御する独自の「アダプティブアレー」技術で、壁などの反射なども積極的に活用できるほか、対象の移動などの変化にも追従できます。

高精度な電波制御は、不要な方向には電波を弱め合うように送信することで指向性を制御する「ヌルステアリング」を活用。

本来ヌルステアリングは非常に狭域なものですが、高度な信号処理により高精度かつ広範囲にすることに成功し、ビームフォーミング技術と合わせて電波の指向性を高い精度で制御できます。

独自のレクテナ回路技術の組み合わせで、電波が持つエネルギーを70～80％の高効率で電力に変換できます。

今後は工場内センサやIoT機器などの情報通信機器から実現していき、いずれは携帯電話などのモバイル機器、ドローンなどの小型モビリティに応用するとしています。

◆質疑応答
Q.
社会実装の時期はいつごろか。
A.
広く社会で実装するというところまではまだいかないが、IoTやセンサーなどから初めていきたいと考えている。この技術があれば設置場所、配線などの問題が解決できる

Q.
範囲が10mということだが、どう活用できるのか。
A.
1つの送信機器で10メートルほどをカバーできる。屋内に複数台設置することで全体をエリア化できると考えている

Q.
今回のワイヤレス電力伝送システムにおける京セラの強みとは。
A.
もともと携帯電話、PHSの基地局で強みがあった。電波の制御技術に重みを置いている。本来は電力伝送が基本中の基本だが、マイクロ波なので人体に悪影響を及ぼす可能性がある。動くものに対して追従するなどの差別化できること、マイクロ波を制御できることが強みだと考えている。

Q.
電力変換80％というのが高いということだが、他と比べてどれくらい高いのか。
A.
他社さんだと60～90％と効率にばらつきがあり、我々は70～80％。デバイスや製品回路の構成、製造工程を最適化することで高効率を実現できた。