京大とパナソニック、マイクロ波電力伝送システムのサンプル提供を開始

京都大学(京大)とパナソニックは3月24日、電波の一種であるマイクロ波(920MHz帯)を活用して長距離のマイクロ波電力伝送システム「Enesphere(エネスフィア)」を開発し、プロトタイプシステムの試験用サンプルの提供を開始することを発表した。

今回の成果は、京大COI(Center of Innovation)によるもので、京大生存圏研究所の篠原真毅教授とパナソニックの共同研究チームによって開発された。

IoTが普及しつつあり、センサなどの電子機器が増加している。それに伴い、定期的な電池交換、充電、電源ケーブルによる配線施工などの負担も増大している。さらに、IoTでは将来的に、膨大な数のセンサが、コンクリートの中や地中などの簡単にアクセスできない部分を含めてありとあらゆるところに設置されると予想されており、もはや電池交換、充電、電源ケーブルによる配線施工などは物理的に不可能となってしまうと考えられている。

現時点でもすでに課題が生じており、その1つが、少子高齢化による、見守り・健康管理用のバイタルセンサの需要増加だという。これらのセンサは、長時間にわたりバイタル情報をセンシングするため、電池交換や充電作業を行うことが困難となっている。

また、産業分野においても、工場やオフィスなどの効率化や生産性向上を狙い、さまざまなIoT機器を活用したデータ収集・管理システムの導入事例が増えている。ここでは、多数のセンサをさまざまな場所に設置するため、電池交換だと時間がかかるし、電源ケーブルでは引き回しが課題となっている。

そこで、それらの負担を低減する手段の1つとして、電源の無線化技術が考えられている。京大とパナソニックの共同研究チームでは、その中でもマイクロ波を活用した長距離ワイヤレス電力伝送技術に着目。そして、両者によって電池交換や電源ケーブルの配線施工が不要なセンサシステムの開発が進められてきた。

マイクロ波による電力伝送技術は、長距離でのワイヤレス送電が可能だが、送電できる電力には制限がある。その理由は、人体や、ほかの通信機器への影響を配慮したもので、電波法により規制されている。ただし、2022年に省令改正が予定されており、マイクロ波帯の電波を活用したワイヤレス送電を行えるようになる見込みである。

とはいえ、出力電力には制限があり、特に920MHz帯については、送電機からの出力電力は1W以下に制限されている。そのため、この制限内において、いかに電力を効率的に伝送し、広い範囲に多数が存在する受電機器にワイヤレス送電することができるかが、研究開発のポイントとなるとする。

この研究開発課題に対して研究チームは、高効率なワイヤレス送電、受電する小型アンテナ技術、受電したマイクロ波電力を高効率に安定して直流へ変換する回路技術の開発に取り組んできたという。これにより、1W以下の出力電力においても、数m先のセンサなどの機器を動作させることが可能になったとした。