ワイヤレス 給電 素材

TDKでは磁界共鳴方式による産業機器用ワイヤレス給電システム向けとして、出力1kW、200W、50Wの3つのプラットフォームを新開発しました。以下に、それらのシステム構成と特長について概説します。FA工場の生産ラインや自動倉庫などでは、コンピュータ制御された自動搬送車(AGV)が物品の搬送に多用されています。台車タイプ、リフトアップタイプなど、さまざまなタイプがありますが、いずれもバッテリを搭載して走行するため、頻繁なバッテリ交換(あるいは充電)が必要です。搬送荷重100kg程度の自動搬送車で、連続使用時間は約8時間程度です。交換にともなう手間と時間ばかりでなく、交換用のバッテリを用意しておかねばならず費用がかさみます。また、クリーンルーム内での人手によるバッテリ交換は、クリーン度を下げるという問題もあります。自動充電を実現するワイヤレス給電ならば、こうした問題のソリューションとなり、省人化・省時間化というメリットももたらします。また、荷物の上げ下ろしなど、停止時を利用した逐次充電により、搭載バッテリは比較的小容量のものですみ、大幅なコスト削減効果も得られます。自動搬送車や物流ロボットなどに向けたTDKの1kWシステムの基本構成を図5に示します。送電側システムはアンプユニットとTxコイルユニット、受電側システムはRxコイルユニットと受電ユニットで構成されます。対向するTxコイルとRxコイルの伝送距離は20~40mm、ズレ許容±30mmで、高効率なワイヤレス給電を実現します。受電側システムはきわめてコンパクトなのが特長で、自動搬送車でも特に小型化が要求されるタイプに最適です。図5 TDKの産業機器用ワイヤレス給電システム(1kW)の基本構成移動しながら作業する産業ロボットなどへのアプリケーションを想定して開発したのは、200Wシステムです。このタイプの産業ロボットでは、床に這う電源ケーブルは作業環境を悪くするとともに、ケーブル破損という問題をかかえています。さらに電源ケーブルでは移動できる距離もかぎられます。TDKの200Wシステムは、アンプユニットとコイルユニットをコンパクトに一体化させたため、車輪型、キャタピラ型など、さまざまな移動ロボットに適用可能です。送電距離10~30mm、ズレ許容±10mm、システム効率88%を実現しています(図6)。図6 TDKの産業機器用ワイヤレス給電システム(200W)の基本構成ワイヤレス給電の移動ロボットは、施設の検査や監視、過酷環境での作業にも適しています。

ケーブルなしに機器を装置に近づけるだけで充電できる「ワイヤレス給電」。目次ワイヤレス給電方式は大きく「放射型」と「結合型(非放射型)」の2つの方式に分けられます。「磁界結合(電磁誘導)方式」は、古くから変圧器などで使用されている電磁誘導の原理を電力伝送に使ったもの。金属接点(電極)の露出がなく安全なため、電動歯ブラシや電動シェーバーなど、すでに身の回りの様々な機器で実用化されている方式です。「磁界結合(電磁誘導)方式」の中でも、送受電に用いるコイルを「共振(共鳴)状態」とすることで効率を上げ、コイル間の位置の自由度を高める工夫がなされている技術を「磁界共鳴方式」と言います。従来の磁界結合(電磁誘導)方式よりも伝送距離が長く利便性に優れることから、現在特に注目され、開発が進められている技術です。 なぜ、ワイヤレス給電はケーブルにつながなくても給電できるのでしょうか?磁界結合(電磁誘導)方式は、電磁誘導の原理を用いて給電する方式のこと。現在実用化されているワイヤレス給電製品のほとんどは、磁界結合(電磁誘導)方式が用いられています。磁界共鳴方式は、2つのコイルを「共振器」として利用します。2007年にマサチューセッツ工科大学が、約2m離れた位置に置いた60Wの電球にワイヤレスで電力を送り、点灯させることを実証結果として発表。共鳴による磁場結合が発生する一連の過程については、下記の図をご覧ください。ワイヤレス給電と一口に言っても、いくつかの方式が存在し、給電するモノや環境に応じた技術が採用されていることがお分かりいただけたでしょうか?ワイヤレス給電の実用化は今後ますます進み、私たちの生活をより便利なものへと進化させてくれるでしょう。AGVの24時間連続稼働を実現し、工場の生産性をUP!世界で初めて最大11kWの大容量での急速充電を可能とするワイヤレス充電「Technology Geeks(テクノロジーギークス)」とは、株式会社ダイヘンが運営する幅広い技術テーマを紹介する情報発信サイトです。各記事に付けられたGeeksLVは掲載情報の“専門度”を示すアイコンです。© 2020 DAIHEN Corporation.

ワイヤレス給電に関するメーカーとユーザーの要求を満たすソリューションとして、tdkでは、主要なwpc qi規格に対応する送電コイルおよび受電コイルを幅広い製品ラインナップで提供しています。 送電コイル. 2014年から2017年にかけて、フランスの国立研究機構(ANR)主催の「ARGOS CHALLENGE」というロボットコンテストが行われました。これは図7 「ARGOS CHALLENGE」のロボットに採用されたTDKのワイヤレス給電システム(写真提供:移動ロボット研究所)50Wシステムは、図8 従来方式の回転体への電力伝送システムの問題点回転体へのワイヤレス給電は、こうした問題のソリューションとなりますが、従来のような方式(図8右)では別の問題が発生します。高周波の磁界によって電力伝送するため、シャフトが金属の場合、渦電流が発生して発熱し、効率を低下させてしまうのです。こうしたさまざまな問題を解決して開発したのがTDKの50W回転体ワイヤレス給電システムです(図9)。 新しい共鳴型ワイヤレス給電システムの設計理論 . 1.ワイヤレス給電システムとは 2. ev用ワイヤレス給電の動向 3. 細谷 達也 (株)村田製作所 〒617-8555 京都府長岡京市東神足1-10-1 . TDKは“未来を引き寄せる”技術の一つとして、ワイヤレス電力伝送技術の開発に取り組んでいます。 tdkが長年にわたって培ってきた素材技術、プロセス技術、評価・シミュレーション技術などをベースとする各種の要素技術が、ワイヤレス給電システムにも最大限に生かされています。 図9 TDKの50W回転体用ワイヤレス給電システムその内部構造を図10に示します。送電コイルユニットを搭載した円筒状ケースを、受電コイルユニットを搭載した一回り大きい円筒状ケースでかぶせたような構造となっていて、送電コイルと受電コイルはそれぞれのケースの内壁面に配置されています。このため、また、送電側ケースの内側/受電側ケースの外側には、コイルの磁束を集めるためのフェライトシートが取り付けられています。コイルから発生する磁束は、フェライトシートの内部を閉磁路で還流するため、外部に漏れることがありません。したがって、シャフトが金属製であったり、図10 50W回転体用ワイヤレス給電システムの内部構造電磁誘導方式のワイヤレス給電はもとより、磁界共鳴方式においても、その伝送効率には送電/受電コイルのコア材の特性が大きく関わります。コイルが発生する磁束の一部は、コアロスとなり熱として放出されるからです。TDKのコアテクノロジーの原点であるフェライト技術が、ワイヤレス給電システムにも大きく生かされています。図11に示すように、スイッチング電源のトランスコアなどで多用されるMn-Zn系フェライトは、一般に谷型のコアロス-温度特性を示します、民生機器などでは使用時の温度を勘案して、その温度でコアロスが極小となるようなフェライト材が選択されます。しかし、図11 Mn-Zn系フェライトPC95材のコアロス-温度特性(@100kHz、200mT)磁界共鳴方式のワイヤレス給電において、コイルとともに重要な役割をになうのが共振コンデンサです。共振コンデンサとしては、一般にフィルムコンデンサが使われます。耐電圧特性と比較的高い静電容量をバランスよく備え、価格面でも有利だからです。フィルムコンデンサも誘電体の違いにより各種ありますが、共振用としては、PP(ポリプロピレン)を誘電体とするタイプが、tanδ(タンジェントデルタ:誘電正接)が低く、大電流にも対応できるため、特に適しています(表2)。tanδはコンデンサの性能を示す指標で、その逆数がコンデンサのQ(品質係数)です。コンデンサに加えられた電圧の電流に対する位相差は基本的に90°ですが、誘電損失や電極のインダクタ成分などにより、90°から遅れてきます。この遅れの角度δを損失角といい、三角関数のtan(正接)で表したものがtanδ で、その数値が小さいほど、損失(発熱)の少ないすぐれたコンデンサとなります。PET(ポリエチレン・テレフタレート)のtanδ は0.3~1%程度であるのに対して、PPはそれより1桁ほど小さく、温度変化に対して安定しているのが特長です。表2 誘電体別フィルムコンデンサの特性比較◎:すぐれる ○:良好 △:やや劣るtanδ (誘電正接)が小さいほど、損失(発熱)の少ないすぐれたコンデンサとなる。tanδの温度特性の傾向近年、種類1のMLCCにおいても、フィルムコンデンサの領域に迫る特性の製品が開発され、車載機器や産業機器において、フィルムコンデンサからの置き換えニーズが高まっています。なかでも、-55~+125℃の温度範囲において、温度係数は0ppm/℃、許容差は±30ppm/℃というきわめて厳格な規格であるC0G特性品が、共振コンデンサとして特に適しています。基板たわみなどへの耐性にすぐれる樹脂電極品や金属端子付き(製品名メガキャップ)への対応も可能です。図12 TDKのワイヤレス給電システムを支える要素技術と各種製品利便性や安全性、信頼性の向上、自動充電による省人化やコスト低減などの面から、自動搬送車やロボットなどの産業機器の分野においても、ワイヤレス給電システムの導入に期待が寄せられています。TDKでは、さまざまなアプリケーションを想定して、先進のワイヤレス給電システムの構築を可能にする3つのプラットフォーム(1kW、200W、50W回転体用)を新開発しました。小電力から中電力、大電力まで、用途に応じたさまざまなワイヤレス給電システムを、最適な電子部品・デバイスとともにご提案できるのは、TDKの総合的な技術力ならでの強みです。磁界共鳴方式のワイヤレス給電の可能性を広げるため、TDKはさらなる努力とチャレンジを続けてまいります。本記事でご紹介したTDKの技術・製品により、お役立てできる案件がございましたら、ぜひお気軽にご連絡ください。どんなご質問・ご要望にもスピーディにお応えいたします。【注意事項】 将来の展望 目 次.

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