為EV無線充電（一）：磁共振方式接連發(fā)布

昭和飛機工業(yè)正在開發(fā)為電動汽車（EV）和電動巴士等供應大容量電力的無線供電系統(tǒng)。本文將介紹以巴士為中心推進的在行駛中供電的無線充電系統(tǒng)。

目前電動汽車（EV）大部分都采用接觸式充電器，但接觸式充電器用起來有諸多不便。使用家用電源的普通充電器雖然不太難用，但快速充電器則存在著連接器既大又重，而且難插拔等操作方面的困擾。此前也有致力于提高操作性的產(chǎn)品，例如采用美國SemaConnect公司自動充電器和本田機器人手臂的充電器等，但這些產(chǎn)品都會增加成本。

另外，接觸式充電器還存在安全和維護方面的問題。安全方面，雖然一般不會發(fā)生觸電和漏電等現(xiàn)象，但用戶在雨中插入連接器時會有擔心。維護方面，由于接點會出現(xiàn)污漬和磨耗等，需要頻繁進行檢查和部件更換等作業(yè)。

與此相比，非接觸式無需進行線纜的插拔操作，充電時的安全性方面問題更少，還能降低維護需要的成本（圖1）。因此，昭和飛機工業(yè)目前正開發(fā)即便在雨中也可安全充電的非接觸式充電系統(tǒng)。

圖1：非接觸式充電方便使用

非接觸式無需線纜插拔操作，除了安全性出色外，還可降低保養(yǎng)成本。

汽車用途有三種方式

提起無線供電系統(tǒng)，一般會被誤認為是插座廠商的工作，但我們認為它是充電器廠商的工作之一。汽車用途的無線供電并非像家用插座那樣通過交流（AC）傳輸交流（AC）電力，而是整流AC轉(zhuǎn)換為直流（DC）后，向遠處供電（圖2）。

圖2：無線供電系統(tǒng)本身就是充電器

無線供電系統(tǒng)可以說是向遠處位置供電的充電器。

面向汽車用途的無線供電大致有三種方式：①電磁感應方式、②電波方式、③磁共振方式（表1）注1）。其中①利用的是線圈間產(chǎn)生的電磁感應的方式。從19世紀開始就存在，是已經(jīng)成熟的技術(shù)。特點是從微小電力到100kW以上的大電力均可高效傳輸，已經(jīng)實際應用于多種設備。不但在汽車用途方面推進了開發(fā)，在輕軌等方面也有很多開發(fā)事例。電磁感應方式有使一次線圈和二次線圈正相對的靜止式充電系統(tǒng)和配備移動一次線圈供電位置的軌道的移動式充電系統(tǒng)（圖3）。

圖3：電磁感應方式大致可分為靜止式和移動式

有線圈之間正相對的靜止式和可延伸一次線圈作為供電線的移動式。

注1）此外，還有村田制作所等開發(fā)的電場耦合方式。

靜止式方面，三洋電機已經(jīng)面向任天堂的家用游戲機“Wii”銷售可無線供電的底座與充電電池套件。移動式方面，加拿大龐巴迪（Bombardier）的Transportation部門開發(fā)出了在供電線上一直供電的電車用無線供電系統(tǒng)，2010年11月開始在德國推進實用化。

磁共振方式的發(fā)布接連不斷

②的電波方式為接收微波等電波，與天線合為一體的整流電路直接將電波轉(zhuǎn)換為直流。通過縮小電波的波束，可實現(xiàn)長距離大電力傳輸。從宇宙空間的人造衛(wèi)星向地面供電的太陽能發(fā)電衛(wèi)星（SPS）計劃目前正在日美兩國之間進行討論。

在汽車領域，三菱重工業(yè)在新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)（NEDO）的協(xié)助下，開發(fā)出了微波充電系統(tǒng)。采用與微波爐相同的2.45GHz電波發(fā)生裝置“磁控管”，可經(jīng)由“整流天線”向車輛地板下方傳輸1kW的電力。不過，目前電力傳輸效率還不高。

③的磁共振方式方面，2007年6月美國麻省理工學院（MIT）發(fā)布了利用共振電路之間的共振現(xiàn)象，向2m遠的距離傳輸60W電力的無線供電系統(tǒng)。之后，眾多企業(yè)和研究機構(gòu)等相繼進行了發(fā)布。

關于最讓人關注的效率問題，美國WiTricity在輸出功率為3.3kW、傳輸距離為20cm的情況下使綜合效率達到了90％。此外，長野日本無線在輸出功率為1kW、傳輸距離為30cm的情況下，使功率放大器和電池間的效率實現(xiàn)了88％ 注2）。

注2）本文中的無線供電系統(tǒng)的“效率”在沒有特別標注時指線圈間的電力傳輸效率。