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ワイヤレス給電

電源コードはもう不要!

携帯電子機器の高性能化が進む中、にわかに注目を集めている「ワイヤレス給電」。その仕組みについて教えてくれたのは、ワイヤレス給電システムの動作を制御するICチップを開発している堀先生と大力先生です。

ニャンダロー:いい加減に彼女が欲しいニャ…嘘か本当か分からないけど、モテる猫になるにはスマートフォンが必要だって誰かが言っていたから、そろそろ買い換えようかニャ。何やら最近のスマホは電源コードを繋がなくても充電できるって聞いたけど…それも本当かニャ〜。

今月の先生 セミコンダクター&ストレージ社 堀 映司さん(左)東芝マイクロエレクトロニクス 大力 健さん

先生:いやいやニャンダローくん。スマホの中には本体を機器に置くだけで充電できるものも出ているよ。「ワイヤレス給電」といって、電動の歯ブラシや髭剃りなどでは一般的だったけど、最近ではより大きな電力も給電できるようになってきているんだ。

ニャ:コードがないのに電気を送れる!?お二人はその仕組みをご存知なんですか!?

電気→磁場→電気

先生:スマホに「ワイヤレス給電」する場合では、まずスマホを置く機器に付いている「送電部」で、電気を"磁場"に変換するんだ。これは「ファラデーの電磁誘導の法則」を使ったものなんだけど、コイルに棒磁石を出し入れして電流を流す理科の実験を覚えているかな?あの実験とは逆に、ここではコイルに電気を流して磁場を発生させるんだ。

ニャ:学校でやったあの実験の原理がこんなところに使われているなんて驚きだニャ!

先生:送電部と受電部にはコイルが入っていて、送電部のコイルに電気を流して発生させた磁場を、受電部のコイルが受け取り、また磁場から電気に再変換して、スマホのバッテリーに充電する仕組みなんだ。空気や一般的な樹脂などの絶縁体を通過しなければならないときは、磁場への変換を挟んだ方が電気のままで送るよりもずっと効率が良い。このようなワイヤレス給電方式を「電磁誘導型」というんだ。

ニャ:ニャるほど!電気が途中で変身しているなんて思いもしなかったニャ。ところで先生たちがつくっているICチップは具体的には何をしているのかニャ?

図:どうやってスマホにワイヤレスで充電しているの?
(1)送電器のコイルに電気を流し、
(2)磁場を発生させて、
(3)受け取った受電器のコイルで電気に戻されます

LSIはシステムの頭脳

先生:コイルに電気を流したり流さなかったりといった制御はもちろんだけど、それだけじゃないんだ。ワイヤレス給電という名前だけど、実は電気だけでなく情報も送信されていて、その制御もしているんだよ。個体情報を認識させることで、他の受電機器が置かれたときの給電を防ぐこともできるし、例えば受電部のICから送電部のICに充電状況を伝えて、無駄な電気を流さないようにするのも仕事のひとつだね。

ニャ:システムの頭脳ですね。かっこいいニャ〜!

先生:ありがとう。東芝のシステムLSIでは、「フリーポジショニング」を実現できるんだ。例えば、受電側のモバイル製品を、送電パッドのどの位置に置いても電力を供給できるんだよ。

ニャ:いい加減に置いてもいいってことか。ボク向きだニャ。

ワイヤレス給電の今後

これが国際規格「Qi」マーク
ワイヤレス給電に国際規格「Qi」を採用した機器につけられるマーク

先生:ワイヤレス給電は近年特に注目が集まっているんだ。その理由としては、まずワイヤレス給電の国際規格「Qi」(チー)の誕生がある。国際規格だから企業も採用しやすいので、携帯電子機器などで製品化が急速に進んだんだ。ちなみに東芝も、「Qi」を策定した国際団体「WPC」の会議に正会員として参加し、規格策定から東芝の半導体技術を十分に活かせるような提案活動を行っているんだよ。
注目を集めるもうひとつの理由は、近接で高効率の電力を安定的に送れる電磁誘導型に加え、中長距離での送電ができる可能性を秘めた「磁界共鳴型」という方式がここ数年で新たに提案されたこともあるね。両方式の違いは送電距離だけじゃないけれど、給電方法の選択肢が増えることで、システム導入先の幅も広がり、ワイヤレス給電システムの普及拡大に繋がっていくだろうね。

ニャ:スマホはバッテリーがすぐ切れるって聞くし、コードがなくても充電できる場所が街中にいっぱいあったらすごく便利だニャ!

先生:そうだね。スマホなどのデジタル機器はもちろん、例えば信号待ちで停車中に充電する電気自動車なんていうのが当たり前になる"ワイヤレス時代"もそう遠くないかもしれないよ。

ニャ:ワクワクするニャ!運命の赤い糸が見つからないワイヤレスな僕だけど、これからはワイヤレス給電対応のスマホでワイヤーよりも強靭な赤い糸を見つけるニャン!!

近未来のワイヤレス給電街の図
Wireless Power Consortium

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