多くの最先端のバッテリー駆動技術デバイスは、電源に物理的に接続せずに、特別な基地局への簡単なサポートによって充電する可能性を提供します。
ワイヤレス エネルギー転送の概念は以前から知られており、正確には 100 年以上、テスラ コイルの発明にさかのぼります。 ワイヤレス エネルギー伝送の重要な要因は効率です。システムを効果的に定義できるようにするには、発電機によって伝送されたエネルギーの大部分が受信デバイスに到達する必要があります。
一般に、標準的な誘導結合は、磁束の大部分がコイル間で接続されておらず、磁界がすぐに減衰するため、比較的短い通信距離で実用化されます。
ワイヤレス給電 (WPT) は、LED 照明やテレビなどのデバイスに直接給電したり、携帯電話などのバッテリーを乗せるだけで充電したりするために使用することができます。 人体に埋め込まれた医療機器と外部機器との間の通信は古くから知られている。 例えば、ピースメーカーが診断パラメータを外部へ送信することが挙げられます。 この用途では、機器のケースに入れた小さなターンと、患者の胸に置いた大きなターンの間の誘導結合によって通信が可能になります。 しかし、埋め込み型医療機器には電源が必要で、リチウムイオン電池を使用すれば自律的に動作しますが、その交換には侵襲的な手術が必要で、患者の健康へのリスクもあります。 WPTは、この問題を解決するために、ワイヤレス充電システムを提供します。 近年、WPT技術のサステイナブルなe-モビリティ分野への応用は、アジアを中心とした研究機関で関心が高まっている。 現在、電気自動車はバッテリーを充電するために、コネクターを介してコンセントに接続する必要があります。 ワイヤレス給電は、このようなコネクタをなくし、自動充電を可能にするものです（図1）。
Technology
アンテナからの放射電磁界は放射体からの距離に依存して特性を持つため、放射体からの距離が近いほど放射電磁界は小さくなり、放射体から放射されている電磁界は小さくなります。
私たちが知っている例として、トランスがあります。これは、直接電気的に接続せずに、磁気誘導結合を使用して一次コイルから二次コイルにエネルギーを伝達します。 トランスはフェライトコアで作られており、強力な結合を実現するためには、一次側と二次側を正確に位置合わせする必要があります。 図2に誘導磁気結合を実装した典型的な回路のブロック図を示す。
最初のステージはインバータで、直流を適切な周波数（通常は数百キロヘルツから数メガヘルツ）において交流に変換します。 その後、インピーダンスマッチングネットワークにより、負荷に応じて送信コイルが見るインピーダンスを調整し、約90％の効率を達成することができる。 次に、磁界を発生させる送信コイルと磁界を遮断する受信コイルで構成されています。
この技術を携帯電子機器に使用するには、高効率の必要性から動きの自由度が制限されることと、バルク磁性材料の重量が条件となります。 また、効率よく結合するためには、一次側と二次側の位置関係がよく、さらにその間の距離が数十センチメートル単位であってはならない。
このような誘導結合の基本原理から出発して、共振型磁気結合の技術によって伝送距離を伸ばすことができる。 高周波源によって励起された大きな誘導性螺旋は、その共振を利用して、ある距離に置かれた別の同様の構造物に共振モードを誘発することができます。
50-60Hzの交流は整流ブロックにより直流に変換され、整流されます。 この連続信号は次にRFブロックに供給され、直流電圧を送信にループを駆動するために使用される高周波電圧に変換する増幅器です。 受信側では、受信した共振ループが整流器へRF信号を送信し、整流器は適切に調整された直流電流を負荷に供給する。 図には示されていないが、これらのシステムには、ソースと負荷の間の許容可能な伝送効率を達成するためのインピーダンス整合ネットワークが含まれていることが多い。
システムは、RLC 回路として表現できます（図 4）。 共振周波数において、エネルギーは磁界に蓄積されるインダクタLと電界に蓄積されるコンデンサCの間を振動する。 共振器がエネルギーを蓄積する品質は、共振周波数w0と損失係数Γの関数である品質係数Qによって定義されます。
見てわかるように、結合のよさを示すメリット係数 U にのみ依存しています。
磁気誘導結合と比較して、共振磁気結合にはかなりの利点があります。
- フェライト コアがないため軽く、したがってより統合しやすい。
共振周波数、送信コイルと受信コイルの寸法比、結合係数、巻線インピーダンス、およびコイルの寄生電流は、エネルギーの伝送効率に大きな影響を与える他の要因となっています。 基地局とモバイルデバイスという 2 つの基本的なモジュールで構成されています。 その最上位レベルのアーキテクチャを図5に示す。
Figure 5: Qi architecture 基地局は一つ以上の電力伝送装置を含み、それぞれが同時に一つのモバイルデバイスにワイヤレス電力転送機能を提供でき、原則として電力変換ユニットと制御ユニットと通信から構成されています。 Qi 規格は、すでにコンシューマー市場において、さまざまなモバイル機器に搭載されています。 しかし、最近の TIDA-00881 のようなプロジェクトのおかげで、先進国でもこの技術の恩恵を受けることができます。
インフィニオンは、多くの無線充電規格用のパワー MOSFET を提供しており、無線充電技術に関する 2 大企業コンソーシアムである Wireless Power Consortium (WPC) および AirFuel Alliance のメンバーとして活発に活動しています。 AirFuel Allianceは、周波数6.78MHzで動作し、複数の機器を同時に充電できる共振型WPTの規格を定義した。 特に、BSZ0909ND は、設計者が効率を犠牲にすることなくレイアウトを簡素化し、スペースを大幅に節約する必要があるワイヤレス充電アーキテクチャまたは操縦コンポーネント（例えば、ドローンやマルチエンジンなど）に適しています。
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車載機器などのさまざまな市場でパワー エレクトロニクスはますます大きな役割を演じてきています。 産業用、民生用 また、自動車やスマートグリッドの性能、安全性、機能性を高めるさまざまな新機能や改良機能を実現する技術でもあります。 電気的、熱的な要求が強く、パワーエレクトロニクス・システムの設計に影響を及ぼしています。 Power Electronics Newsは、パワーコンバータ、モーションコントロール、半導体、熱管理などの主要なトピックに焦点を当てます。 Power Electronics News eBookは、特定の市場における最新の技術、トレンド、製品の革新について情報を提供するインタラクティブなアプローチです。
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