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非接触電力伝送技術の最前線

  • Frontier of wirelesses Electric Power Transmission
※こちらの書籍は,電子書籍(eBook)として販売をしております。
・価格3,200円(税抜)
丸善販売サイト「Knowledge Worker」にてPDF版販売中!
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★ いつでもどこでも充電できる、“高速充電”技術開発に向けて!
★ 非接触充電のキーデバイスである薄型コイル技術の原理を紹介!
★ 駐車するだけで充電や人体に対する電磁界電磁波などの応用を紹介!

商品コード: T0694

  • 監修: 松木英敏
  • 発行日: 2009年8月
  • 価格(税込): 70,200 円
  • 体裁: B5判、197ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0142-6

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  • "マイクロ波 / 共鳴 / シート / SPS / レーザ / 電波防護 / 電気自動車 / 建築物 / 携帯 / 医療機器"

刊行にあたって

 非接触エネルギー伝送は古くて新しい技術であり、1831年のファラデーによる電磁誘導則にさかのぼる。また、我々の世代には懐かしい鉱石ラジオも、電波から駆動エネルギーを調達する非接触エネルギー伝送のはしりであるともいえる。積極的な提案としては1968年、P.グレイザーによる「Power from the Sun」(現在のSpace Solar Power Systems:SSPS)が最初であろう。これは太陽電池を積んだ静止衛星によって百万kW級の電力を生み出し、それをマイクロ波で地上に送電しようとする壮大な計画であった。
 電磁誘導方式では、ICカードFelicaがソニーから出されたのが1995年、その後、非接触充電技術として2001年の松下電工による電気カミソリを始め、コードレス電話、電動歯ブラシなど様々な実用品が生まれている。電波方式ではいわゆる無線タグが2003年、米国で登場し、日立が開発したμチップに発展している。さらに近年、興味深い新しい伝送方式がいくつか提案され、研究面でも活況を呈してきている。
 SSPS以外はいわゆる小電力のエネルギー伝送であり、それゆえ効率はさほど問題にならなかった。すなわち、電圧に比べ、電流値はミリアンペア級の伝送でまかなえたからである。しかしこのことが、「電磁誘導方式は低効率」、という「常識」を生んだのではないだろうか。そのためか、2007年にMITから磁界共鳴方式が登場し、2メートルの距離を効率40%で60ワットの電力伝送に成功した、というニュースが衝撃をもって伝えられたのである。
 折しもエネルギー問題が耳目を集め、電気自動車の市場投入機運が高まるタイミングからにわかに非接触電力伝送技術に対する関心が高まりをみせてきた感がある。小電力分野においても携帯機器への充電技術として内外の企業が相次いでこの分野に参入し、大きな市場に立ち上がっていく機運が見られる。このような時期に非接触電力伝送技術の原理から応用までを含む本書が発刊されることは時宜を得たものである。諸般の事情ですべての分野について網羅することはできていない点はあるものの、本書がこの分野に関心を持たれる関係諸氏の一助となれば幸いである。
(「はじめに」より)

2009年8月  東北大学 松木英敏

著者一覧

松木英敏   東北大学大学院 医工学研究科 医工学専攻 教授
関谷 毅   東京大学大学院 工学系研究科 電気系工学専攻 助教
染谷隆夫   東京大学大学院 工学系研究科 電気系工学専攻 教授;東京大学 ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構
橋本弘藏   京都大学 生存圏研究所 教授 
小紫公也   東京大学大学院 新領域創成科学研究科 先端エネルギー工学専攻 教授
佐藤忠邦   東北大学 大学院医工学研究科 教育研究支援者(NECトーキン(株) 定年退職)
多氣昌生   首都大学東京大学院 理工学研究科 電気電子工学専攻 教授
藤井威生   電気通信大学 先端ワイヤレスコミュニケーション研究センター 准教授
高橋俊輔   昭和飛行機工業(株) EVP事業室
篠原真毅   京都大学 生存圏研究所 准教授
丹羽直幹   鹿島建設(株) 技術研究所 上席研究員
橋本隆志   日産自動車(株) 総合研究所 モビリティ研究室
岸 則政   日産自動車(株) 総合研究所 社会・フロンティア研究室 エキスパートリーダ安間健一   三菱重工業(株) 名古屋航空宇宙システム製作所 宇宙機器技術部 電子装備設計課 主席技師
福田信彦   三菱重工業(株) 名古屋航空宇宙システム製作所 宇宙機器技術部 主幹プロジェクト統括
二村幸基   三菱重工業(株) 名古屋航空宇宙システム製作所 宇宙機器技術部 部長
小田原幸生   大分県産業科学技術センター 電子・情報担当 主幹研究員
阿部 茂   埼玉大学大学院 理工学研究科 電気電子システム工学コース 教授
植平 眞   (株)椿本チエイン 開発・技術センター研究開発部 開発担当参事
安倍秀明   パナソニック電工(株) 電器R&Dセンター 参事
北 真登   ソニー(株) 半導体事業本部 研究開発部門 先端信号処理研究2部 1課
松田淳一   日本電気(株) 企業ネットワーク開発本部 製品開発部
佐藤文博   東北大学 大学院工学研究科 電気・通信工学専攻 准教授

目次

第1章 ワイヤレス電力伝送技術の基礎

1. ワイヤレス電力伝送の基礎
1.1 非接触エネルギー伝送法の基礎
1.1.1 電磁界・電磁波の空間分布
1.2 非接触エネルギー伝送法の種類
1.2.1 マイクロ波伝送方式
1.2.2 エバネッセント波伝送方式
1.2.3 磁界共鳴方式
1.2.4 電界共鳴方式
1.2.5 電磁誘導方式
1.3 おわりに

2. シート型ワイヤレスインテリジェントシステム
2.1 はじめに
2.2 ワイヤレス電力伝送シート
2.2.1 原理と構成
2.2.2 電力伝送実験
2.2.3 集積回路
2.3 ワイヤレス通信シート
2.3.1 強誘電体ポリマーと有機不揮発性メモリ
2.3.2 メモリセルの電気的特性
2.3.3 メモリセルの信頼性試験
2.3.4 通信シートの構造と原理
2.3.5 通信シートの電気的特性
2.4 課題と将来展望
2.5 おわりに

3. マイクロ波電力伝送技術―SPS―
3.1 はじめに
3.2 特徴と伝送効率
3.3 マイクロ波電力伝送の歴史
3.4 宇宙太陽発電所(SPS)
3.5 おわりに

4. レーザ・マイクロ波電力伝送技術
4.1 はじめに
4.1.1 移動体の可動性・航続距離とワイヤレス伝送技術
4.1.2 マイクロセンサ・ロボットとワイヤレス伝送技術
4.1.3 定点間のワイヤレス伝送
4.2 電磁ビームを利用した長距離ワイヤレス伝送
4.2.1 電磁ビーム伝送の特徴
4.2.2 ビームの形成
4.3 マイクロ波ビームエネルギー伝送
4.3.1 アクティブフェーズドアレイアンテナ
4.3.2 マイクロ波パワーアンプ
4.3.3 レトロディレクティブ機能を用いたターゲット追尾
4.3.4 レクテナ
4.3.5 無人飛行機への電力伝送システム
4.4 レーザーエネルギー伝送
4.4.1 レーザーアレイによる伝送
4.4.2 レーザー光の捕捉・追尾技術
4.4.3 大気密度の揺らぎと補償光学
4.4.4 レーザーエネルギー変換
4.5 おわりに

5. ワイヤレス電力伝送用磁性材料
5.1 はじめに
5.2 磁性材料の損失(鉄損、コアロス)について
5.3 実効透磁率について
5.4 周波数特性について
5.5 パワー用金属磁性材料
5.6 パワー用MnZnフェライト材料
5.7 パワー用NiZnフェライト材料
5.8 パワー用金属圧粉磁心材料
5.9 可撓性を有したパワー用磁心材料

6. 電磁界・電波防護指針
6.1 はじめに
6.2 生体EMCに関する取り組み
6.2.1 米国における初期の研究
6.2.2 非熱作用の議論
6.2.3 電磁界ドシメトリ
6.2.4 IEEE規格
6.2.5 国際非電離放射線防護学会(IRPA)と国際非電離放射線委員会(INIRC)
6.2.6 国際非電離放射線防護委員会(ICNIRP)
6.2.7 現在のIEEE/ICES規格
6.2.8 低周波電磁界に関する取り組み
6.2.9 わが国の取り組み
6.3 ICNIRPガイドライン
6.3.1 変動電磁界の防護指針の根拠
6.3.2 基本制限と安全率
6.4 ワイヤレス電力伝送における人体防護

7. コグニティブ無線技術による周波数共用法  
7.1 ワイヤレス電力伝送とコグニティブ無線技術
7.2 コグニティブ無線とは
7.3 スペクトルセンシング
7.3.1 電力検出を用いたスペクトルセンシング
7.3.2 周期性特徴抽出を用いたスペクトルセンシング
7.3.3 マッチドフィルタを用いたスペクトルセンシング
7.3.4 スペクトルセンシング手法の比較
7.4 協調スペクトルセンシング
7.5 周波数共用技術
7.5.1 電力制御を用いる周波数共用
7.5.2 MACによる時間共用
7.5.3 ダイナミックスペクトル制御による共用
7.6 コグニティブ無線の実用化動向
7.7 まとめ

第2章 産業機器応用技術

1. 電気自動車用非接触充電システム(IPS)  
1.1 電気自動車用充電装置に求められる機能
1.2 非接触式給電の方式
1.3 電気自動車用電磁誘導型非接触式充電装置の事例と技術的な課題
1.4 電気自動車用非接触充電システム(IPS)の開発内容
1.4.1 システム構成
1.4.2 コイル形状
1.4.3 リッツケーブル
1.4.4 通信システム
1.4.5 試験結果
1.5 電気自動車用非接触充電システムの今後の展開

2. 建築物内のマイクロ波電力伝送システム
2.1 はじめに
2.2 建物内マイクロ波配電システムの概要
2.3 マイクロ波の発生から伝搬―導波路(矩形導波管)―
2.4 マイクロ波の電力変換―大電力用レクテナとコンセントアダプタ―
2.5 おわりに

3. EV用無線給電システム(マイクロ波)
3.1 はじめに
3.2 マイクロ波を用いたEV無線給電システム
3.2.1 マイクロ波送電システム
3.2.2 マイクロ波受電システム
3.3 3次元電磁界シミュレーションを用いての安全性検討
3.4 マイクロ波を用いたEV用無線充電システムの実験
3.5 性能向上へのアプローチ(1)―DC-DCコンバータ投入の効果―
3.6 性能向上へのアプローチ(2)―高効率レクテナの実現―
3.7 まとめ―EVに対する性能指標の考え方と今後の課題―

4. 電気自動車用無線充電システム(マイクロ波)
4.1 開発背景、目的について
4.2 無線充電システム原理
4.3 本システムの設備概要
4.3.1 電源系
4.3.2 送電系
4.3.3 給湯系
4.3.4 遮蔽系
4.3.5 受電系
4.3.6 放熱系
4.4 本システムの特長・利点
4.5 現在の開発状況
4.6 課題と今後の展望(実用化に向けた課題と展開)
4.6.1 送受電効率の不足
4.6.2 耐環境性能の未確保

5. 円形コイルを用いた回転トランス
5.1 はじめに
5.2 コアタイプ回転トランスの電気・磁気特性
5.2.1 励磁コイルにおける磁束密度分布
5.2.2 コアタイプ回転トランスの電気的特性の計算
5.2.3 コア形状による磁気抵抗Rと磁気利用率rの傾向
5.3 給電回路の動作
5.4 応用事例
5.4.1 励磁コイル並列配置シミュレーション
5.4.2 回転式トルク検出器への応用
5.5 おわりに

6. 非接触給電技術
6.1 はじめに
6.2 非接触給電の特徴と研究動向
6.3 非接触給電のシステム構成
6.4 一次直列二次並列コンデンサ方式の特性
6.5 おわりに

7. 非接触給電装置
7.1 はじめに
7.2 非接触給電の原理と構成
7.2.1 原理
7.2.2 構成
7.3 非接触給電の特徴
7.4 非接触給電の方式
7.4.1 イミタンス変換回路を用いた高周波電源
7.4.2 イミタンス変換回路を用いた受電部
7.4.3 分割直列共振方式の受電部
7.5 非接触給電を使った搬送システム
7.5.1 有軌道の天井走行台車
7.5.2 有軌道の地上走行台車
7.6 おわりに

第3章 民生家電機器応用技術

1. 携帯用電子機器の非接触給電技術
1.1 はじめに
1.2 電磁誘導給電の訴求ポイントと実用化商品
1.3 分離着脱式トランスと非接触給電システムの等価回路
1.4 実用化のための問題点と課題
1.5 基本技術
1.5.1 分離着脱式トランスの結合係数増大技術
1.5.2 負荷整合技術
1.5.3 ソフトスイッチング回路
1.6 実用技術
1.6.1 コールドスタンバイと本体検知
1.6.2 金属異物の加熱対策
1.6.3 電力伝送と信号送受信機能を持つ非接触充電システム
1.7 出力安定化技術
1.8 超薄型平面コイルと薄型充電器による面給電システム
1.9 おわりに

2. 非接触ICカード技術「FeliCa」での電力/信号伝送
2.1 FeliCaの概要
2.1.1 FeliCaとは
2.1.2 導入事例
2.2 FeliCaの技術
2.2.1 FeliCaの仕組み
2.2.2 ハードウェア構成とその課題
2.2.3 ソフトウェア処理によるメモリ保護
2.3 おわりに

3. 蛍光灯給電技術と屋内向け位置管理システムへの応用
3.1 技術開発の背景
3.2 蛍光灯給電技術の概要
3.3 蛍光灯給電技術の応用―屋内向け位置管理システム“SmartLocator”―
3.3.1 屋内向け位置管理システムの技術動向と課題
3.3.2 “SmartLocator”のシステム構成と特長
3.3.3 “SmartLocator”の適用ソリューション

4. 医療機器用充電システム
4.1 はじめに
4.2 人工臓器へのワイヤレス電力伝送
4.3 治療デバイスへのワイヤレス電力伝送
4.4 計測機器へのワイヤレス電力伝送(ワイヤレス通信)
4.5 おわりに
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