パワーエレクトロニクスにおけるワイヤレス電力伝送技術
ワイヤレス電力伝送システムにおけるパワーエレクトロニクス技術調査専門委員会編

目
1. はじめに次
5. 保護機能39

1.1 調査専門委員会について

03

5.1 異物・生体検知

39

1.2 調査報告の背景

03

5.2 位置検出

47

1.3 国内外の調査・報告動向03

5.3 異物発熱50

1.4 調査の範囲

04

5.4 まとめ

51

1.5 用語の整理

04

6. 規格・法規・電磁両立性

53

1.6 本技術報告書の概要

04

6.1 規制と標準化動向

5306

6.2 漏えい電磁界低減の試み

56

6.3 まとめ59

2. ワイヤレス電力伝送の原理とシステムの概要
2.1 伝送電力と利用周波数と用途

06

2.2 ワイヤレス電力伝送の原理概要

06

2.3 ワイヤレス電力伝送システムの概要

07

7.1 電界結合型ワイヤレス電力伝送の研究史

61

2.4 まとめ08

7.2 磁界結合と電界結合の比較

61

3. 電力変換回路

7. 電界結合型ワイヤレス電力伝送システム6109

7.3 電界結合型ワイヤレス電力伝送の調査概要 62

3.1 ワイヤレス電力伝送向け電力変換回路

09

7.4 電界結合技術の研究開発事例

62

3.2 送電側変換回路のトポロジー

137.5 まとめ66

3.3 受電側変換回路のトポロジー

17

3.4 電力変換回路の制御技術

188.1 調査結果

68

3.5 最新動向21

8.2 アプリケーション事例

70

3.6 まとめ

22

8.3 まとめ

78

24

9. あとがき80

4. 共振回路とワイヤレス電力伝送コイル
4.1 共振回路

244.2 コンデンサ・磁性材料・線材

26

4.3 電力伝送コイルと結合

33

4.4 まとめ

37Sample : DO NOT PRINT

8. アプリケーション調査

68

ワイヤレス電力伝送システムにおけるパワーエレクトロニクス技術調査専門委員会委員
委 員 長

居 村 岳 広( 東 京 理 科 大 学 )幹伊 東 淳 一( 長 岡 技 術 科 学 大 学 )船 渡 寛 人( 宇 都 宮 大 学 )岩 谷 一 生( Ｔ Ｄ Ｋ ラ ム ダ )星 野 哲 馬( ポ ニ ー 電 機 )幹事補佐

日 下 佳 祐( 長 岡 技 術 科 学 大 学 )細 谷 達 也( 村 田 製 作 所 )委

近 藤 圭 一 郎( 早 稲 田 大 学 )増田満( 古 河 電 気 工 業 )坂

渡辺敦( 昭 和 飛 行 機 工 業 )事

員

田千葉大学)

鶴 田 義 範(ダイヘン)

名 雪 琢 弥( 電 力 中 央 研 究 所 )Sample : DO NOT PRINT

山員

勉( パ ナ ソ ニ ッ ク )関 屋 大 雄(中委旭(ＴＤＫ)

堀 内 雅 城( 長 野 日 本 無 線 )保 田 富 夫( ワ ィ テ ィ ー )坂 下 友 一(途中退任

佐藤三

菱電機)

基( 東 洋 電 機 製 造 )電気学会技術報告 第1495号 3

論が SAE (Society of Automotive Engineers), ISO (International

1.

はじめにOrganizationforStandardization),
IEC(InternationalElectrotechnical Commission)で行われている。特に SAE での1.1 調査専門委員会について標準化が先行しており，2017 年 11 月には RP (Recommend

本技術報告書「パワーエレクトロニクスにおけるワイヤPractice)，2019 年 4 月には RP2 が発行されている。最終的レス電力伝送技術」は，2017 年 2 月に発足し 2019 年 1 月でな標準化は 2020 年頃に完成目標とされている。

解散した「ワイヤレス電力伝送システムにおけるパワーエ一方，MIT は磁界結合型だけでなく電界結合型の電界共レクトロニクス技術調査専門委員会」（委員長：東京理科大

鳴（電界共振・電界共振結合）のワイヤレス電力伝送も同学 居村 岳広）の調査活動結果をまとめたものである。

じく発表をしている。しかしながら，多くの研究は磁界結本委員会の前身として，2014 年 2 月～2016 年 1 月の期間合型に集中し，磁界結合ほどの盛り上がりは見せていなかに「ワイヤレス電力伝送システムにおける電力変換技術協った。一方，近年では，電界結合の利点も再認識され，多同研究委員会」が設置され，その調査結果が 2016 年の電気

くの機関で研究開発が活発に行われ始めている。日本では

学会全国大会シンポジウムにて報告されている。その流れ

電界結合の製品化は 2011 年という早い時期に行なわれていを引継ぎ，主に海外動向の調査を拡充し，電気学会初のワる。

イヤレス電力伝送に関する技術調査報告書をまとめるため本委員会は発足した。

このように，結合型の電力伝送方式には，磁界結合方式，電界結合方式があるが，要求仕様により伝送電力，伝送距離，動作周波数が異なり，高効率化，小型化などの観点か

1.2 調査報告の背景

ら，用途に応じた使い分けが検討されている。カプラ部分

磁界結合型のワイヤレス電力伝送（WPT：Wireless Power（結合部，コイル，アンテナ）の小型化，軽量化の観点かTransfer）技術は古くはオークランド大学が 2000 年以前から

らは，伝送周波数は高い方が望ましい。しかし，電力変換研究を行っており，数 mm～数 cm 程度のエアギャップであ器の電力効率により伝送周波数が制限されており，電力変る近接領域における電磁誘導方式は，搬送機や電動歯ブラ換器の電力効率が１つのボトルネックとなっている。

シなど一部実用化されていた。そんな中，2007 年にマサチ

はじめは現象論から始まったワイヤレス電力伝送技術でューセッツ工科大学（MIT）が磁界共鳴（磁界共振・磁界共あるが，理論化などの話が落ち着いた後は，実際にシステ振結合）方式により 2m のエアギャップを介した電力伝送をムとして動かすフェーズに入っており，パワーエレクトロ発表して以来，WPT 技術は世界的な注目を浴びている。こニクスが主役となっている。一方で，WPT 技術はパワーエの技術は大きな可能性を秘めているため，IEEE では「世界レクトロニクスだけでは成立しないので，幅広い分野とのを変える 7 つの技術」にも選ばれている(1)。

相互協力が必要であり多くの分野の技術者が関わってい磁界共振結合は発表当初は現象すらもわからない状況でる。学術的には電磁気学，電気回路，無線工学，パワーエあったが，近年では電磁誘導と磁界共振結合の相違についレクトロニクス，制御工学などが必要であり，学術融合のてもまとめられ，統一的に解釈できることがわかりつつあ見本のような分野である。

り，大枠としての磁界結合（電磁誘導），そして，共振条件を非常に上手く使った磁界共振結合という流れになってい1.3 国内外の調査・報告動向る。そのため，磁界共振結合から始まった研究の流れと電

これまで国内では，自動車技術会においてワイヤレス給磁誘導から始まった研究の流れは 1 つにまとまりつつある。

電システム技術部門委員会が設置され，自動車の充電シス

この WPT 技術は家電製品や電気自動車への幅広い適用がテムとして，社会インフラ，規格など多方面から検討され検討され，一部は商品化されている。家電製品では，家庭ている。一方，電子情報通信学会では無線電力伝送研究会

内の電気ケーブルの配線を削減することや家電製品配置の（WPT 研）が設置されており，アンテナ，無線技術を中心フレキシビリティの増加など，様々な応用が期待されておに 議 論 さ れ て い る 。 ま た 海 外 で は ， 2011 年 か ら IEEEり，電気自動車では，普通充電，急速充電の他，走行中充Microwave Theory and Techniques Society 主催で WPT 技術電に関する検討がなされている。

を 総 合 的 に 取 り 扱 う 国 際 会 議 が 開 催 さ れ た 他 ， Applied

実用としては，従来型の電磁誘導の流れをもつ近接領域

Power Electronics Conference (APEC) や Energy Conversion

での WPT である Qi 規格は早くに規格化され 2010 年から始Congress & Exposition (ECCE)などのメジャーなパワーエレ

まった。2017 年には iPhone®にも採用されるなど，広く普ク ト ロ ニ ク ス の 国 際 会 議 や EV の 国 際 会 議 で あ る及しはじめている。国内でも，2011 年にブロードバンドワ

International Electric Vehicle Symposium & Exhibition (EVS)，

イヤレスフォーラムから WPT 向けのガイドラインが公表さ

そして，ワイヤレス電力伝送を専門とする学会として IEEEれている。
一方，大きなエアギャップを必要とする停車中の電気自Power Electronics Society Workshop on Emerging Technologies:
Wireless Power (WoW)や Wireless Power Transfer Conference

動車への充電は従来型の電磁誘導の流れと磁界共振結合の(WPTC)などにて，WPT に関するスペシャルセッションや流れの両方が関わる形になっており，規格化・標準化の議オーガナイズドセッションなどが開かれている。このようSample : DO NOT PRINT