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ワイヤレス給電の受託設計・評価サービス(WPT:無線電力伝送)

ワイヤレス給電は、無線電力伝送、無線給電、非接触電力伝送、Wireless Power Transfer (WPT)などとも言われ、電子機器の給電をワイヤレスで行うこの技術は、先端技術を駆使するIoT機器の無線端末への給電手法として、近年注目されている技術です。

ワイヤレス給電は現在、国内外で新しい規格検討が活発に行われており、スマートフォンやウェアラブル端末などの小電力アプリケーションに限らず、EVなどの大電力アプリケーションの製品化も間近に迫ってきています。

関西ものづくり新撰2018そんな中、当社のワイヤレス給電技術は、経済産業省近畿経済産業局の「関西ものづくり新撰2018」に選定されました。

当社のワイヤレス給電は、磁界共鳴型という方式を用いています。この方式は、伝送距離が長い、高効率であるなどの特長を有しています。

また、龍谷大学のご支援の下に7年間に亘って技術開発に取り組み、アンテナの形状、ターン数、太さと伝送効率の関係、伝送距離と伝送効率の関係、整合回路など、磁界共鳴型ワイヤレス給電に必要な技術を蓄積してまいりました(関連特許3件保有)。

これらの蓄積した技術を基に、お客様のご要望にあわせた最適設計を実施いたします。

実際に電力伝送を行うためには、アンテナ設計以外にも、様々な技術と組み合わせる必要がありますので、受託設計をはじめとして、お客様のご要望に合せたソリューション提案をしてまいります。

WTIは、本社所在地は関西ですが、日本全国どの地域でも対応しております。
ご相談は無料ですので、まずはご連絡ください。

■ワイヤレス給電用コイルの受託設計サービス

  • アプリケーション(機器)に合わせた最適なコイルを設計いたします。
  • 電磁界シミュレータを活用してコイルの各種パラメータ(直径や巻き数など)の最適化を行い、低損失のコイルを設計いたします。
  • コイルと周辺回路(高周波電源や受電回路など)との接続を最適化することで、御要望の伝送距離で伝送効率を最大化いたします。

■磁界共鳴方式ワイヤレス給電の受託評価サービス

  • ワイヤレス給電部分の伝送効率や出力電力の評価を実施いたします。
  • 磁界共鳴の調整を行い、伝送効率が最大となるよう調整いたします。

ワイヤレス給電について
ワイヤレス給電用コイルの設計事例
磁界共鳴方式ワイヤレス給電評価の事例

 

ワイヤレス給電について

無線電力伝送でよく用いられる電磁誘導方式の電力伝送は概ね1 cm程度までであるのに対し、磁界共鳴方式では数十 cmの距離でも高効率で電力伝送ができるという特長があります。
当社はここに着目し龍谷大学と共同で技術開発に取り組んでまいりました(※)
この研究開発をとおして蓄積した技術やノウハウを活用した、ワイヤレス給電の設計・評価サービスを提供いたします。
(※技術開発の取り組みについては、こちらをご参照ください。)

方式

動作原理

等価回路(ブロック図)

特徴

電磁誘導

電磁誘導

電磁誘導


~数cm


高い


磁界

磁界共鳴

(共振結合)

磁界共鳴

磁界共鳴


~数十cm


高い


電磁界
(主に磁界)

電界結合

電界結合

電界結合


~数mm


高い


電界

マイクロ波

マイクロ波

マイクロ波


~数百km


低い


電波
(マイクロ波)

無線電力伝送方式の概略説明図

ワイヤレス給電は、充電や電池交換が困難である機器や面倒である機器を中心に様々なアプリケーションへの広がりを見せています。下図はワイヤレス給電化が進められているアプリケーションの例示です。

アプリケーション例

アプリケーション例

ワイヤレス給電用コイルの設計事例

コイルの設計サービスの事例として、ワイヤレス給電で走行するミニカーのデモ機をご紹介いたします。
この事例では、送電コイルと受電コイルの設計最適化を行っています。
送電コイルは、パラメータ最適化により、コイルから60 mmの距離で均一な磁界強度を実現しています。
受電コイルは、パラメータの最適化によってコイル損失最小を実現しています。
これら2つの最適化によって、コイルから60 mmの距離であればどこでも均一な電力伝送が可能となり、3コースのいずれのミニカーも等速で走らせることができています。

 

コイルの上面の磁界強度が一定(伝送効率が一定)になるように、コイルの形状を設計しています。※特許第6024013号「無線電力伝送システム」 コイル形状 コイルの上面の磁界分布
コイル形状            コイルの上面の磁界分布

設計したコイルを使用したワイヤレス給電で走行するミニカー

設計したコイルを使用したワイヤレス給電で走行するミニカー

 

 

 

 

 

 

磁界共鳴方式ワイヤレス給電評価の事例

ワイヤレス給電の評価事例として、伝送距離(送受電コイルの間隔)に対する伝送効率の測定結果をご紹介します。

ワイヤレス給電に使用するコイルを図1に示します。
このコイルを図2のように配置し、伝送距離に対する伝送効率を測定しています。
伝送効率の測定結果を図3に示します。この伝送効率の測定では、各伝送距離において伝送効率が最大となるように各コイルと周辺回路の接続(ここでは測定器との接続)を最適化しています。伝送距離50 mmでは約90 %、伝送距離100
mm
では約60 %の伝送効率が得られています。

図1 送受電コイル(直径100mm)  図2 伝送効率の測定構造
図1 送受電コイル(直径100mm)               図2 伝送効率の測定構造

図3 伝送効率の測定事例

 

図3 伝送効率の測定事例

※各伝送距離において、伝送効率が最大となるよう各コイルと周辺回路(測定器)との接続を最適化して測定しています。

ワイヤレス給電について
ワイヤレス給電用コイルの設計事例
磁界共鳴方式ワイヤレス給電評価の事例

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