科学者たちは、近くを移動する物体に電気をワイヤレスで送る方法を見つけました。
この方法は、交通機関や医療機器などに応用できる可能性があります。たとえば、電気自動車が高速道路を走行しながら充電できれば、ワイヤレス充電によって航続距離への懸念は事実上なくなり、車両のコストも下がるでしょう。電気が自動車の標準的な燃料になる可能性もあります。
電気自動車のワイヤレス充電
「携帯電話のような車両や個人用機器のワイヤレス充電を進歩させるだけでなく、私たちの新技術は、製造現場で稼働するロボットをコードから解放する可能性もあります」と、スタンフォード大学の電気工学教授で、研究論文の筆頭著者であるファン・シャンフイ氏は述べています。
理論上は、充電のために停車せず、無制限に走り続けることができます…
「電気自動車の充電に使う送電量を大幅に増やす必要はありますが、送電距離をそれほど伸ばさなくてもよいかもしれません」と同氏は述べています。
研究グループは、数フィート離れた静止物体にワイヤレスで電気を送るために、2007年にMITで開発された既存技術を基盤としました。今回の研究では、移動するLED電球にワイヤレスで電気を送りました。この実証で扱った電力はわずか1ミリワットでしたが、電気自動車の走行には通常、数十キロワットが必要です。
研究チームは現在、送電量を大幅に増やすとともに、送電距離を延ばし、効率を高めるため、システムの調整に取り組んでいます。
さらに遠くへ
電気自動車のワイヤレス充電は、プラグイン式電気自動車の大きな弱点である限られた航続距離の解消につながります。テスラ・モーターズは、発売予定のモデル3が1回の充電で200マイルを超えて走行できると見込んでいます。すでに販売中のシボレー・ボルトは、航続距離を238マイルとうたっています。しかし、電気自動車のバッテリーを完全に充電するには、通常数時間かかります。走行中に充電するシステムがあれば、こうした制約を克服できるでしょう。
「理論上は、充電のために停車せず、無制限に走り続けることができます」とファン氏は説明します。「目指しているのは、高速道路を走行しながら電気自動車を充電できるようにすることです。車両の底部に設置したコイルが、道路に埋め込まれた電流源につながる一連のコイルから電気を受け取る仕組みが考えられます。」
交通分野の専門家のなかには、自動運転の電気自動車が太陽光やその他の再生可能エネルギーでワイヤレス充電される自動化高速道路システムを構想する人もいます。事故を減らし、交通の流れを大幅に改善すると同時に、温室効果ガスの排出を削減することが目標です。
電気自動車のワイヤレス充電技術は、自動運転車のGPSナビゲーションにも役立つ可能性があります。GPSの精度は約35フィートです。安全のため、自動運転車は車線の中央を走る必要があります。その位置に送電コイルを埋め込めば、GPS衛星による非常に精密な測位が可能になります。
磁石を利用
中距離のワイヤレス送電は、磁気共鳴結合に基づいています。大規模な発電所が磁石の間でコイルを回転させて交流を生み出すのと同じように、電線を流れる電気は振動する磁場を作り出します。
この磁場は、近くにあるコイルの電子も振動させ、ワイヤレスで電力を送ります。両方のコイルを同じ磁気共鳴周波数に調整し、適切な角度に配置すれば、送電効率はさらに高まります。
しかし、物体の移動に合わせて周波数など回路の一部を手動で調整しなければ、電気の連続的な流れを維持できません。そのため、送電コイルと受電コイルをほぼ静止させるか、装置を自動で連続的に調整する必要があります。後者は非常に複雑な工程です。
電気自動車のワイヤレス充電におけるこの課題に対処するため、研究チームは送信機から高周波源を取り除き、市販の電圧増幅器と帰還抵抗器に置き換えました。このシステムは、人の介入なしに、距離に応じた適切な周波数を自動的に割り出します。
「増幅器を加えることで、受電コイルの向きが変わっても、3フィートの範囲の大部分で非常に効率よく電力を送れるようになります」と、大学院生で本研究の筆頭著者であるシド・アサワウォラリット氏は述べています。「これにより、回路の各部分を自動かつ継続的に調整する必要がなくなります。」
電気自動車のワイヤレス充電方式を微調整
アサワウォラリット氏は、受電コイルにLED電球を置き、電気自動車のワイヤレス充電にこの方式を試しました。能動的な調整を行わない従来の構成では、距離が離れるにつれてLEDの明るさが低下します。
新しい構成では、受電装置が送信源から約3フィート離れても、明るさは一定に保たれました。ファン氏のチームは最近、この最新の進展について特許を出願しました。
研究グループは、市販の汎用増幅器を使用しましたが、その効率は約10％と比較的低いものでした。特注の増幅器を使えば、効率を90％超に高められるとしています。
「自動車だけでなく、身体の上や内部にある小型機器に電気を届ける方法も、改めて考えることができます」とファン氏は述べています。「動的なワイヤレス充電の恩恵を受けるあらゆるものにとって、これは非常に重要な可能性を秘めています。」
この研究の一部は、スタンフォード大学のトムキャット持続可能エネルギーセンターの支援を受けました。
