磁界共振結合型無線電力伝送における高効率なシステム設計に関する研究

 我々の生活は数多くの電子機器によって支えられている．電子機器の普及が進むにつれて，ライフスタイルは大きく変貌してきた．その一方で，電子機器の数が増加するに従い，我々に対するある種の負担が無視できなくなった．それは電力供給である．

 我々の生活空間は電力供給用のケーブルで溢れている．無線通信が実用化され，ほとんどの情報端末に組み込まれた今でさえ，ケーブルは依然として我々の生活空間を占拠している．近年ではバッテリーを内部に有する電子機器も増加し，一時的にケーブルから切り離された状態で使用することができるようになったが，その代償としてバッテリー充電の手間をユーザが担うようになった．これから先，バッテリー駆動の電子機器が増え続けた場合，それはユーザである我々にとって抱えきれないほど大きな負担となることは想像に難くない．

 この問題を解決する糸口が無線電力伝送である．無線電力伝送はその文字通り，無線で電力を送り届ける技術である．その起源はHeinrich Rudolf HertzやNikola Teslaの実験にあり，すでに100年以上の歴史を有する．近年，無線電力伝送は大きな盛り上がりを見せているが，再度火をつけるきっかけとなったのは2007年にマサチューセッツ工科大学の研究グループから発表された共振現象を利用した無線電力伝送である．送受電器として共振器を用いることにより，1mの距離を約90%の効率で伝送可能であることが示され，現在では電気自動車やモバイル機器の充電など，さまざまな応用が検討されている．しかし，当初発表された際のシステム構成は，通信用のRF電源に送電器を接続し，受電器には直接負荷が接続された必要最低限の要素から成るものであった．ゆえに，実用化に向けては，依然として解決すべき課題が数多く存在する．

 このような背景のもと，本研究では，機器やユーザをケーブルから解放すべく，室内給電無線化に向けた無線電力伝送システムに関して検討を行っている．電気自動車への無線給電などと比較するとより広い空間をカバーしなければならないだけでなく，人体やさまざまな物質が存在すること，および突発的に機器が移動する可能性があることを想定してシステムを設計する必要がある．よって，人体防護や電磁両立性維持のための漏洩電磁界低減対策が必須であることに加えて，動的に変化する環境下においても所望の電力を高効率に給電可能なシステムを構築しなければならない．

 そこで本論文では，以下に示す4つの手法により解決を図った．

 これらの手法は，安定した出力電圧を確保した上で，環境変化に強く，人体に対して安全かつ広範囲な空間に対して高効率な無線電力伝送システムの実現に資するものであると考えている．