【概要】信州大学大学院 総合理工学研究科 工学専攻 電子情報システム工学分野 宮地幸祐准教授と金沢工業大学　電気電子工学科 伊東健治教授らの研究グループは、このたびマイクロ波（5.8GHz）による無線電力伝送に用いる受電回路において、世界最高の電力変換効率となる64.4%と世界最短の応答時間である45.2μsを達成しました。本成果は、2024年2月18日から22日にかけてアメリカ サンフランシスコにて開催される、International Solid-State Circuits Conference (ISSCC)にて発表されます。




【屋内マイクロ波無線電力伝送について】
マイクロ波を用いる無線電力伝送は遠方への電力伝送が可能で、国内外の様々な機関で熾烈な研究開発が進められています。本研究は屋内での使用を想定しており、具体的には、ファクトリー・オートメーションなど工場、産業・物流用途、充電スポット等でのセンサーへの給電が応用として検討されています。図1に示すように、送電器からマイクロ波（5.8GHz）のビームをカメラやセンサーなどの受電端末に当て、バッテリーや機器を充電することが可能です。これにより、多数のセンサーへの電源配線やバッテリー交換が不要となります。建設、ものづくり、物流等の現場の工数削減による生産性の抜本的向上や、配線やバッテリー資材の節約に伴う二酸化炭素排出量と環境負荷の低減効果が期待されています。マイクロ波無線電力伝送は社会実装に向けて国内制度化が進められており、ステップ1（既存技術での実用化）として屋内で人のいない環境で3帯域（920MHz帯、2.4GHz帯、5.8GHz帯）で無線電力伝送専用の電波を割り当てる省令が令和4年に施行されました。現在はステップ2（人や他の無線システムが存在する状況での利用）の制度化が進められています。また、国際標準化についても活発な活動が行われています。
センサーなどの各受電端末には、マイクロ波を受けるアンテナと、アンテナで受けた電力で機器を充電する受電回路が搭載されています。受電回路はマイクロ波整流器（用語（１））と、DC-DCコンバータ（用語（２））で構成されます。受電回路は電力変換効率が高いことと、マイクロ波を受けてから効率よく受電できるようになるまでの応答時間が短いことが求められます。


用語（１）　マイクロ波整流器
アンテナ出力のマイクロ波電力を直流電力に変換する電力変換回路です。内部にはダイオードをはじめとする整流素子が用いられており、出力電圧が高くなりすぎると整流素子の耐圧を超えて大きな短絡電流が流れる（降伏と呼ばれる現象）ため、効率が著しく低下するだけでなく、素子が破損する恐れがあります。


用語（２）　DC-DCコンバータ
入力の直流電圧を別の直流電圧に変換する電力変換回路です。本発表のDC-DCコンバータはバッテリー充電を行うことからバッテリチャージャーとも呼ばれます。



詳細については、添付のPDFファイルをご覧ください。



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