ワイヤレス給電技術とはについて
ワイヤレス給電技術とは
電線のない世界を想像してみてください。スマートフォンや電気自動車、ロボットなど、あらゆるデバイスがケーブルに縛られることなく、自由に充電されます。SF映画のような夢物語と思われるかもしれませんが、ワイヤレス給電技術によって、それは現実のものとなりつつあります。
ワイヤレス給電技術とは、電線を介さずに電力を伝送する技術です。近年、技術革新が進み、その実用化が急速に進んでいます。この技術は、私たちの生活を大きく変革する可能性を秘めています。
本記事では、ワイヤレス給電技術の仕組みから種類、メリット・デメリットまでを徹底解説します。さらに、最新技術動向や注目企業・製品も紹介していきます。
ワイヤレス給電技術は、未来を変える革新技術です。この技術がどのように私たちの生活を変えていくのか、ぜひ一緒に考えていきましょう。
もくじ
1 ワイヤレス給電技術の概要
1-1 ワイヤレス給電技術の定義
1-2 ワイヤレス給電技術の原理
1-3 ワイヤレス給電技術の種類
1-3-1 伝送距離による分類
1-3-2 電力伝送効率による分類
1-3-3 用途による分類
1-4 ワイヤレス給電技術のメリット
1-5 ワイヤレス給電技術のデメリット
2 ワイヤレス給電技術の現状
2-1 普及状況
2-2 技術課題
2-3 規格
3 ワイヤレス給電技術の未来
3-1 技術動向
3-2 期待される用途
3-3 ワイヤレス給電技術が社会に与える影響
4 まとめ
5 参考資料
ワイヤレス給電技術とは
1 ワイヤレス給電技術の概要
1-1 ワイヤレス給電技術の定義
ワイヤレス給電技術 とは、電線などの物理的な導線を使わずに、空間を通じて電力伝送を行う技術です。英語では wireless power transmission または wireless charging と呼ばれます。
従来の電力伝送方法は、電線を使って電流を流すことで電力を供給していました。しかし、ワイヤレス給電技術では、電磁誘導や電磁波などの方法を用いて、電線を使わずに電力を伝送します。
ワイヤレス給電技術には、以下のような特徴があります。
利便性の向上：コネクタの接続や取り外しが不要で、簡単に充電や電力供給が行える。
防水・防塵性能の向上：コネクタがないため、防水・防塵性能を向上させられる。
安全性：電気火花などのリスクが少なく、安全性が高い。
保守性の向上：コネクタの摩耗や故障によるトラブルを減らせる。
ワイヤレス給電技術は、スマートフォンやスマートウォッチなどの充電に広く用いられるようになり、電気自動車やロボットなどの分野にも適用され始めています。
今後は、電力伝送効率の向上、コストの低減、規格の統一などが進み、ワイヤレス給電技術はますます普及していくことが期待されています。
1-2 ワイヤレス給電技術の原理
ワイヤレス給電技術には、主に以下の2つの原理が利用されています。
1. 電磁誘導
電磁誘導は、1831年にマイケル・ファラデーによって発見された現象です。コイルに電流を流すと磁界が発生し、その磁界によって別の近くに置かれたコイルに誘導電流が発生します。この原理を利用して、電線を使わずに電力を伝送するのが、電磁誘導方式のワイヤレス給電技術です。
電磁誘導方式のワイヤレス給電技術は、送電側と受信側にそれぞれコイルを設置し、送電側コイルに電流を流すことで、受信側コイルに誘導電流を発生させて電力を伝送します。送電側と受信側の距離は、数cmから数十cm程度までが一般的です。
2. 電磁波
電磁波は、電気と磁場の変化によって発生する波です。マイクロ波やレーザーなどの電磁波は、空間を伝搬することができ、そのエネルギーを利用して電力を伝送することができます。
電磁波方式のワイヤレス給電技術は、送電側から電磁波を照射し、受信側で電磁波を電力に変換することで電力を伝送します。送電側と受信側の距離は、数mから数十m程度まで可能です。
それぞれの原理の比較
まとめ
ワイヤレス給電技術には、電磁誘導方式と電磁波方式の2つの主要な原理があります。それぞれ異なる特徴を持つため、用途に合わせて適切な方式を選択する必要があります。
1-3 ワイヤレス給電技術の種類
1-3-1 伝送距離による分類
ワイヤレス給電技術は、伝送距離によって以下の3つに分類されます。
近距離
伝送距離：数cm～数十cm
電力伝送効率：50～80%
主な用途：スマートフォン、スマートウォッチ、ウェアラブルデバイスなどの充電
代表的な技術：Qi、PMA
中距離
伝送距離：数十cm～数m
電力伝送効率：40～60%
主な用途：電気自動車、ロボット、医療機器などの充電
代表的な技術：WiTricity、Rezence
遠距離
伝送距離：数m～数十m
電力伝送効率：20～40%
主な用途：送電線を使わずに電力を供給したい場所
代表的な技術：マイクロ波送電、レーザー送電
それぞれの伝送距離に適した技術が選択されます。
近距離
近距離ワイヤレス給電技術は、スマートフォンやスマートウォッチなどの小型デバイスの充電に適しています。伝送距離は短いため、送信側と受信側を密着させる必要があります。
中距離
中距離ワイヤレス給電技術は、電気自動車やロボットなどの大型デバイスの充電に適しています。伝送距離は近距離よりも長いため、ある程度の距離を隔てて電力を供給できます。
遠距離
遠距離ワイヤレス給電技術は、送電線を使わずに電力を供給したい場所などに適しています。伝送距離は長いため、広範囲に電力を供給できます。
1-3-2 電力伝送効率による分類
ワイヤレス給電技術は、電力伝送効率によって以下の2つに分類されます。
1. 低効率
電力伝送効率が50%以下
低コストで実現できる
電力損失が大きい
近距離での利用に適している
例：スマートフォンやスマートウォッチの充電
2. 高効率
電力伝送効率が50%以上
高コストで複雑な制御が必要となる
電力損失が少ない
中距離や遠距離での利用に適している
例：電気自動車やロボットの充電、送電線を使わずに電力を供給したい場所
効率とコストのトレードオフ
電力伝送効率を高めるためには、高価な材料や複雑な制御システムが必要となります。そのため、高効率なワイヤレス給電技術は、低効率なワイヤレス給電技術に比べてコストが高くなります。
用途に応じた選択
ワイヤレス給電技術を選択する際には、電力伝送効率とコストのバランスを考慮する必要があります。例えば、スマートフォンやスマートウォッチなどの充電には、低コストで実現できる低効率なワイヤレス給電技術が適しています。一方、電気自動車やロボットの充電には、電力損失が少ない高効率なワイヤレス給電技術が適しています。
1-3-3 用途による分類
ワイヤレス給電技術は、用途によって様々な種類に分類されます。以下では、代表的な用途と、それぞれに適したワイヤレス給電技術を紹介します。
1. 充電
スマートフォンやスマートウォッチなどの充電に用いられるワイヤレス給電技術です。代表的な技術としては、Qi規格やPMA規格などがあります。これらの技術は、近距離で低電力なワイヤレス給電に適しています。
2. 電力供給
電気自動車やロボットなどの電力供給に用いられるワイヤレス給電技術です。代表的な技術としては、磁界共鳴方式やマイクロ波送電方式などがあります。これらの技術は、中距離から遠距離で高電力なワイヤレス給電に適しています。
3. 通信
ワイヤレス給電と通信を同時に実現する技術です。代表的な技術としては、RF-IDやNFCなどがあります。これらの技術は、短距離で低電力なワイヤレス給電と通信に適しています。
4. その他
上記以外にも、ワイヤレス給電技術は様々な用途で利用されています。例えば、医療機器や照明器具、ウェアラブルデバイスなどへの電力供給にも用いられています。
用途別ワイヤレス給電技術の比較
注: 上記の表は、代表的な例であり、全ての技術を網羅しているわけではありません。
1-4 ワイヤレス給電技術のメリット
ワイヤレス給電技術は、従来の電線を使った電力伝送と比べて、以下のような多くのメリットがあります。
1. 利便性の向上
コネクタの接続や取り外しが不要で、簡単に充電や電力供給が行える。
ケーブルの抜き差しによる故障や断線のリスクがない。
防水・防塵性能の高い機器の開発が可能になる。
小型・軽量な機器の開発が可能になる。
2. 安全性の向上
電気火花などのリスクが少なく、安全性が高い。
感電のリスクが低い。
高温・高圧の環境でも使用できる。
3. 保守性の向上
コネクタの摩耗や故障によるトラブルを減らせる。
メンテナンスの手間が省ける。
機器の寿命が延びる。
4. デザイン性の向上
コネクタがないため、より自由度の高いデザインが可能になる。
すっきりとしたデザインの機器が開発できる。
5. 環境への配慮
電磁波の安全性に関する議論はありますが、従来の電力伝送に比べて環境負荷が少ないと考えられる。
電池交換の手間が省けるため、電池廃棄による環境汚染を減らせる。
6. その他のメリット
複数台の機器を同時に充電できる。
動いている機器にも充電できる。
人体への影響が少ない。
このように、ワイヤレス給電技術は、利便性、安全性、保守性、デザイン性、環境への配慮など、様々なメリットがあります。これらのメリットにより、ワイヤレス給電技術は今後ますます普及していくことが期待されています。
1-5 ワイヤレス給電技術のデメリット
ワイヤレス給電技術は、利便性や安全性などのメリットがある一方で、以下のデメリットも存在します。
1. 電力伝送効率
電線を使った電力伝送に比べて、電力伝送効率が低くなります。これは、電磁波や磁界を利用する際にエネルギーが損失するためです。
2. コスト
電線を使った電力伝送に比べて、コストが高くなります。これは、送受信コイルや制御回路などの部品が必要となるためです。
3. 発熱
電力伝送時に熱が発生するため、熱対策が必要となります。特に、高出力のワイヤレス給電では、発熱量が大きくなり、熱による機器の故障や劣化のリスクが高まります。
4. 規格
ワイヤレス給電技術には、QiやPMAなど、様々な規格が存在します。規格が統一されていないと、互換性がない場合があり、機器間の充電や電力供給ができない可能性があります。
5. 安全性
ワイヤレス給電技術は、電磁波や磁界を利用するため、人体への影響が懸念されています。国際的な安全基準が設けられていますが、長期的な影響はまだ十分に確認されていません。
6. 充電位置
ワイヤレス給電では、送信側と受信側の位置を正確に合わせなければ、充電効率が低下したり、充電できなかったりします。
7. 金属の影響
金属は電磁波や磁界を遮断するため、ワイヤレス給電の効率を低下させます。そのため、金属製のケースやカバーを使用していると、充電できない場合があります。
8. 充電速度
電線を使った充電に比べて、充電速度が遅くなります。これは、電力伝送効率が低いためです。
9. 適用範囲
ワイヤレス給電技術は、まだすべての機器に適用できるわけではありません。例えば、大型の機器や高出力の機器には、まだ適用されていない場合があります。
10. 環境への影響
ワイヤレス給電技術は、電磁波や磁界を放射するため、環境への影響が懸念されています。
これらのデメリットを克服するために、様々な研究開発が進められています。電力伝送効率の向上、コストの低減、規格の統一、安全性の向上などが課題となっています。
2 ワイヤレス給電技術の現状
2-1 普及状況
ワイヤレス給電技術は、近年急速に発展しており、様々な分野で実用化が進んでいます。
スマートフォン市場
スマートフォン市場においては、ワイヤレス給電技術はすでに広く普及しています。2023年には、世界のスマートフォン出荷台数におけるワイヤレス給電対応機種の割合は50%を超えると推定されています。
家電製品
家電製品においても、ワイヤレス給電技術の採用が進んでいます。ワイヤレス充電対応のスマートフォンやスマートウォッチ、イヤホンなどが発売されており、コードレス充電の利便性が評価されています。
自動車
自動車分野では、電気自動車（EV）の充電にワイヤレス給電技術が活用されています。道路に埋め込まれた充電器からEVに自動的に充電する技術などが開発されており、将来的にはガソリンスタンドのような充電インフラの整備が期待されています。
その他
医療機器やロボット、産業機器など、様々な分野でワイヤレス給電技術の導入が進んでいます。今後も、ワイヤレス給電技術の普及はさらに加速していくと予想されます。
課題
ワイヤレス給電技術は普及している一方で、以下のような課題も存在します。
電力伝送効率：電線を使った電力伝送に比べて、電力伝送効率が低い。
コスト：電線を使った電力伝送に比べて、コストが高い。
発熱：電力伝送時に熱が発生するため、熱対策が必要となる。
規格：様々な規格が存在し、互換性がない場合がある。
これらの課題が解決されれば、ワイヤレス給電技術はさらに普及していくことが期待されます。
2-2 技術課題
ワイヤレス給電技術は、多くの利点がある一方で、以下のような技術課題も存在します。
1. 電力伝送効率
電線を使った電力伝送に比べて、電力伝送効率が低くなります。これは、電磁波や磁界によるエネルギー損失が発生するためです。特に、遠距離ワイヤレス給電では、電力伝送効率がさらに低下します。
2. コスト
電線を使った電力伝送に比べて、コストが高くなります。これは、送信側と受信側の装置に、複雑な制御回路や高性能なコイルが必要となるためです。
3. 発熱
電力伝送時に熱が発生するため、熱対策が必要となります。特に、高出力ワイヤレス給電では、発熱量が大きくなり、熱による機器の故障や損傷のリスクが高まります。
4. 規格
様々な規格が存在し、互換性がない場合があります。これは、ワイヤレス給電技術の開発が各社独自に進められているためです。規格の統一は、ワイヤレス給電技術の普及にとって重要な課題となっています。
5. 安全性
電磁波や磁界による人体への影響が懸念されています。特に、高出力ワイヤレス給電では、人体への影響が大きくなります。安全性の確保は、ワイヤレス給電技術の普及にとって重要な課題となっています。
6. 異物検知
送信側と受信側の間に異物があると、電力伝送効率が低下したり、発熱量が増加したりする可能性があります。異物検知技術の開発は、ワイヤレス給電技術の安定性と安全性を向上させるために重要です。
7. 電力制御
ワイヤレス給電では、電力を精緻に制御することが難しい場合があります。これは、電磁波や磁界の影響を受けやすいためです。電力制御技術の向上は、ワイヤレス給電技術の効率化と安全性向上に重要です。
これらの技術課題を克服するために、様々な研究開発が進められています。電力伝送効率の向上、コストの低減、規格の統一、安全性確保などが課題となっています。これらの課題が解決すれば、ワイヤレス給電技術はさらに普及していくことが期待されています。
2-3 規格
ワイヤレス給電技術には、様々な規格が存在します。主要な規格は以下の通りです。
Qi
ワイヤレス給電コンソーシアム (WPC) が策定した規格
スマートフォンやスマートウォッチなどの充電に広く用いられている
最大出力は15W
AirFuel
AirFuel Alliance が策定した規格
最大出力は50W
家具や車載など、様々な用途に適用可能
Rezence
Alliance for Wireless Power (A4WP) が策定した規格
最大出力は120W
高出力が必要な機器に適用可能
PMA
Power Matters Alliance (PMA) が策定した規格
スマートフォンやウェアラブルデバイスなどに用いられている
最大出力は1W
ワイヤレス給電規格の現状
現在、ワイヤレス給電技術には複数の規格が存在しており、互換性がない場合があります。これは、ユーザーにとって不便であり、市場の成長を阻害する要因となっています。
ワイヤレス給電規格の未来
今後は、各規格団体間の協調が進み、互換性のある規格が統一されることが期待されています。これにより、ワイヤレス給電技術の普及が加速すると考えられます。
参考資料
ワイヤレス給電コンソーシアム (WPC): https://www.wirelesspowerconsortium.com/
AirFuel Alliance: https://www.airfuel.org/
Alliance for Wireless Power (A4WP):
Power Matters Alliance (PMA):
3 ワイヤレス給電技術の未来
3-1 技術動向
近年、ワイヤレス給電技術は急速に発展しており、様々な分野で実用化が進んでいます。
電力伝送効率の向上
従来のワイヤレス給電技術は、電力伝送効率が低く、電力損失が大きな課題でした。しかし、近年では磁界共鳴や送電波制御技術などの進歩により、電力伝送効率が大幅に向上しています。
コストの低減
ワイヤレス給電技術は、従来の電力伝送技術に比べてコストが高いという課題がありました。しかし、近年では量産効果や技術革新により、コストが徐々に低減しています。
規格の統一
ワイヤレス給電技術には、様々な規格が存在し、互換性がない場合がありました。しかし、近年ではQi規格やPMA規格などの主要な規格が統一されつつあり、互換性の問題が解消されつつあります。
新たな技術の開発
従来のワイヤレス給電技術に加え、新たな技術も開発されています。例えば、遠距離ワイヤレス給電技術や、複数デバイス同時充電技術などが研究開発されています。
技術動向の例
2023年：WiTricity社、1kWを超える遠距離ワイヤレス給電技術を開発
2024年：Energous社、複数デバイス同時充電可能なワイヤレス給電技術を発表
2025年：Apple社、iPhoneにワイヤレス給電機能を搭載
今後の展望
ワイヤレス給電技術は、今後も技術革新が進み、様々な分野で活用されることが期待されています。
スマートフォンやスマートウォッチなどの充電
電気自動車やロボットなどの電力供給
医療機器やインプラントへの電力供給
スマートホームやスマート工場での活用
ワイヤレス給電技術は、私たちの生活や社会を大きく変革する可能性を秘めた技術です。
3-2 期待される用途
ワイヤレス給電技術は、様々な分野で活用されることが期待されています。以下に、代表的な用途と具体的な事例を紹介します。
1. スマートフォンやスマートウォッチなどの充電
ワイヤレス給電技術は、スマートフォンやスマートウォッチなどの充電に広く利用されています。充電台に置くだけで充電が完了するため、ケーブルの接続や取り外しが不要で利便性が高いです。
2. 電気自動車やロボットなどの充電
ワイヤレス給電技術は、電気自動車やロボットなどの充電にも利用されています。車体を駐車するだけで充電が完了するため、充電の手間を省くことができます。また、ロボットにケーブルを接続する必要がないため、作業効率を向上させることができます。
3. 医療機器への電力供給
ワイヤレス給電技術は、医療機器への電力供給にも利用されています。体内に埋め込む医療機器に電力を供給することで、患者さんの負担を軽減することができます。
ワイヤレス給電技術は、インプラントやウェアラブルデバイスへの電力供給にも利用されています。電池交換の手間を省くことができ、長期間の使用が可能になります。
5. 送電線を使わずに電力を供給したい場所
ワイヤレス給電技術は、送電線を使わずに電力を供給したい場所にも利用されています。例えば、山間部や離島などの送電線が届きにくい場所や、災害で送電線が被災した場所などに電力を供給することができます。
6. その他
上記以外にも、ワイヤレス給電技術は様々な分野で活用されることが期待されています。例えば、街灯や交通標識などの電源供給、家具や家電製品の充電、空中給電など、様々な用途が考えられます。
今後の展望
ワイヤレス給電技術は、今後も技術開発が進み、電力伝送効率の向上、コストの低減、規格の統一などが進むことが期待されています。これらの課題が解決されれば、ワイヤレス給電技術はますます普及していくことが予想されます。
3-3 ワイヤレス給電技術が社会に与える影響
ワイヤレス給電技術は、私たちの生活や社会に大きな影響を与える可能性を秘めています。以下では、いくつかの具体的な影響について考察します。
1. 利便性の向上
ワイヤレス給電技術は、充電や電力供給をより便利で快適なものにします。コネクタの接続や取り外しが不要になるため、スマートフォンの充電や電気自動車の充電など、日常的な動作がよりスムーズになります。
2. 安全性の向上
ワイヤレス給電技術は、電気火花などのリスクを減らすことができます。コネクタがないため、水濡れや塵埃による故障を防ぎ、安全性
3. 環境負荷の低減
ワイヤレス給電技術は、電力伝送ロスを減らすことができます。従来の電力伝送では、電線による熱損失が発生していましたが、ワイヤレス給電技術ではこの損失を減らすことができます。
4. 新たなビジネスチャンスの創出
ワイヤレス給電技術は、これまで不可能だった新たな製品やサービスの開発を可能にします。例えば、体内に埋め込まれた医療機器へのワイヤレス給電や、空中でドローンを充電する技術などが考えられます。
5. 社会インフラの変革
ワイヤレス給電技術は、将来の社会インフラを大きく変革する可能性があります。例えば、道路に埋め込まれたコイルによって走行中の電気自動車を自動的に充電するシステムなどが考えられます。
ワイヤレス給電技術は、まだ発展途上の技術ですが、社会に大きな影響を与える可能性を秘めています。今後、技術の進歩と社会実装の加速により、私たちの生活や社会は大きく変化していくことが期待されます。
4 まとめ
ワイヤレス給電技術は、電線などの物理的な導線を使わずに、空間を通じて電力伝送を行う技術です。近年急速に発展しており、スマートフォンやスマートウォッチなどの充電に広く用いられるようになり、電気自動車やロボットなどの分野にも適用され始めています。
今後は、電力伝送効率の向上、コストの低減、規格の統一などが進み、ワイヤレス給電技術はますます普及していくことが期待されています。
ワイヤレス給電技術が普及することで、以下のようなメリットが期待されます。
利便性の向上：コネクタの接続や取り外しが不要で、簡単に充電や電力供給が行える
防水・防塵性能の向上：コネクタがないため、防水・防塵性能を向上させられる
安全性：電気火花などのリスクが少なく、安全性が高い
保守性の向上：コネクタの摩耗や故障によるトラブルを減らせる
一方で、以下のような課題も残されています。
電力伝送効率：電線を使った電力伝送に比べて、電力伝送効率が低い
コスト：電線を使った電力伝送に比べて、コストが高い
発熱：電力伝送時に熱が発生するため、熱対策が必要となる
規格：様々な規格が存在し、互換性がない場合がある
これらの課題を克服することで、ワイヤレス給電技術は様々な分野で広く活用されることが期待されています。
5 参考資料
ワイヤレス給電技術とは？
https://ev-tech.jp/technology/charge/page003.html
https://www.rkcinst.co.jp/2022/03/04/tech_com_20220304/
ワイヤレス給電技術の現状
https://eetimes.itmedia.co.jp/ee/articles/2109/21/news034.html
https://magazine.tr.mufg.jp/90778
ワイヤレス給電技術の未来
https://eetimes.itmedia.co.jp/ee/spv/2206/28/news051_2.html
https://yurukizi.com/wireless-kyuden/
