RF ワールド No.43 はじめてのワイヤレス電力伝送(アールエフワールドヨンジュウサン)

ワイヤレス電力伝送 (WPT) の研究開発が静かに続いています.2007 年に米国 MIT の研究者らが成功して以来,磁界結合,電界結合,電波放射など,さまざまな方式が考究されています.周波数は kHz 〜 GHz,電力は最大数 kW に及びます.応用分野も携帯端末充電,産業機器,電気自動車などに広がっています.本特集では,WPT の基礎知識や特性/性能を支配する普遍的法則を学んだうえで,基本的な応用事例についてもご紹介します.
★ 特集
◎ 磁界結合,電界結合,電波放射など,基礎と普遍的法則を知る
☆ はじめてのワイヤレス電力伝送

◎ 開発の歴史,磁界結合,容量結合,電波放射などの方式と最近の動向など
● イントロダクション ワイヤレス電力伝送の世界へようこそ!

◎ WPT システムを構成する主要コンポーネントの基本を体系的に理解しよう!
● 第 1 章 ワイヤレス電力伝送の基礎

◎ S パラメータと電力効率の落とし穴
● Appendix うっかり間違えそうなポイントをご紹介

◎ 電磁誘導のおさらい,電波法,コイルと電源の考察
● 第 2 章 磁界結合方式 1

◎ 磁界結合と磁界共振結合の比較,回路トポロジーの比較
● 第 3 章 磁界結合方式 2

◎ 回路トポロジーの特性を利用した制御,最大効率と所望電力の両立,2 次側単独の最大効率と所望電力制御
● 第 4 章 磁界結合方式 3

◎ 家電製品や,停車中給電および走行中給電への応用
● 第 5 章 磁界結合方式 4

◎ AGV 向け,EV 向け,ドローン向け,電動工具向けなど
● Appendix 磁界共鳴方式の実例

◎ 電界結合および電界共振結合の原理と特徴,カプラ形状,kHz 帯と MHz 帯,ユース・ケースなど
● 第 6 章 電界結合方式

◎ 電界結合から電界共鳴までを実験する
● Appendix 電界によるワイヤレス電力伝送の実用化検討

◎ アクティブな電波放射型ワイヤレス給電とパッシブな電波エネルギー・ハーベスティング
● 第 7 章 電波放射方式

◎ 普及のために不可欠な利便性と安全性を国際的に実現する
● 第 8 章 ワイヤレス電力伝送の法規制と標準規格のお話

● エピローグ “ Make RF Great Again ”

★ 特設記事
◎ LoRa 方式のチャープ変調をリアルタイムにモニタできる!
● 920 MHz 帯 LPWA エア・モニタの仕組みと観測例

◎ 市街地,山間部,衛星通信など
● Appendix LoRa 無線モジュールのフィールド伝搬実験リポート

★ 製作& 実験
◎ 電池なしで模型のドクターイエローが走る!
● IH モジュールを転用した WPT プラレール走行実験

★ 一般解説
◎ アドミッタンス・メータと同軸プローブによる測定
● 対数周期アンテナの電流分布測定を振り返る

★ 歴史読物
◎ 横須賀無線史
● 第 4 回 (最終回) トランジスタの登場,マイクロ波と衛星通信,YRP 誕生,5G へ向けた取り組みなど

★ 折り込み付録
◎ ITU の周波数割り当て地域と世界の ISM バンド
● 無線 PAN や LPWAN などの周波数チャート 2

スマートフォンの置くだけ充電から EV の走行中給電まで、ワイヤレス電力伝送 (WPT) の応用範囲は広がり続けています。本書は CQ 出版の季刊ムック「 RF ワールド」の第 43 号として、電磁誘導方式・磁界共鳴方式・マイクロ波方式の 3 つの基本原理を回路図と計算式を交えて解説する技術資料です。

無線通信の専門誌が母体であるため、議論の軸は高周波回路設計に置かれています。コイル形状と結合係数の関係、共振回路の Q 値がもたらす伝送効率への影響など、物理の原理から設計の制約条件を導き出す流れが一貫しています。学部で電磁気学を学んだ経験があれば読み進められる水準ですが、高周波回路に馴染みのない読者には前提知識のハードルが高い点に注意が必要です。

WPT の全体像を概念レベルで把握したい人向けの読み物ではなく、実際にコイルを巻いて回路を組む段階にある技術者や研究者がリファレンスとして手元に置く性格の一冊です。