PT対称性により実現した高性能ワイヤレス給電システム
岡山理科大学准教授 石田理学部
弘樹

応用物理学科2021年12月23日
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ワイヤレス給電の技術課題
伝送電力

× 〇 ×
電力を電力を供給する側（給電側）

受け取る側（受電側）

伝送距離

伝送電力が伝送距離に強く依存する2磁気共鳴方式
WiTricity

https://japan.cnet.com/article/35132881/

電磁誘導方式Qi

https://www.mco.co.jp/products_tablet/iwua-01/

伝送距離の大きな変動に対応するためには…
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本発明のめあて
伝送電力

電力を電力を供給する側
（給電側）

受け取る側
（受電側）

伝送距離

全方向の位置ズレに対応
4一般的な電力制御
給電コイル

受電コイル
受電回路

給電回路

センサ

センサ

CPU
(マイコン)

負荷

A/D
コンバータ

無線通信

電力制御の為、電子部品が増える。特に速い応答速度を得るには、高性能（高価な）なCPUやFPGAの搭載が必要。

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本発明
給電コイル

受電コイル
受電回路

給電回路

負荷

センサ

「時間空間反転対称性（PT対称性）」と呼ばれる物理法則を利用しているため、マイコンなどを用いた電力制御は不要。
システムが自発的に電力に一定になるように振る舞う。
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「時間空間反転対称性(PT対称性)」をワイヤレス給電に利用
スタンフォード大学 Fan教授ら
S. Assawaworrarit, X. Yu, and S. Fan,
Nature, vol. 546, no. 7658, pp. 387–390, (2017).

✅ほんとうの自分と鏡の中の自分はは同じ姿✅ 鏡から遠ざかっても鏡に映るのはやはり自分の姿※ 原理については、詳細をお知りになりたい方は、本学までお問い合わせください。

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PT対称性の概念
ほんとうの自分電力を供給する側
（給電側）

100 W

鏡の中の自分電力を受け取る側
（受電側）

100 W

２つの間の距離に関係なく成立する
送った電力と受け取る電力は距離に関係なく一致するべき8

基本構成(20Wモデル)
PT対称性が保存されるように設計されたコイル（電力伝送効率 83％）

給電コイル 受電コイル

9基本構成(20Wモデル)

インバータ

PT対称性が保存されるように設計されたインバータ（電力変換効率 97％）電流センサ

10基本性能(20Wモデル)

Critical transmission distance: 40.5 mm
1004080LPTS
Non-control (fixed at 35kHz)

30PTS

2040

10060

20
Non-control (fixed at 35kHz)
10203040
Transmission distance d [mm]Transmission efficiency  [%]伝送距離Transmission power P [W]50050t11

基本性能(20Wモデル)
Rotation angle
OPTS

1540

1050102020
Non-control(fixed at 35kHz)
0304050Lateral (X-axis) misalignment [mm](a) X direction

8030 Non-control (fixed at 35kHz)
2560

PTS20401510

データ 13 20:09:35 1/8/21

5020

Non-control (fixed at 35kHz)
010203040LPTSTransmission power P [W]

20L

Non-control(fixed at 35kHz) 60

25

Transmission power P [W]

L

80

30

35050

Lateral (Y-axis) misalignment [mm](b) Y direction

全方向に位置ズレに対応
PTSPTS
Non-control (fixed at 35kHz)
PTSeff cal

100

35PTS
80

30

Non-control (fixed at 35kHz)

2560
PTS20401510

データ 13 13:31:38 1/7/21

5020

Transmission efficiency  [%]

PTS

40

100
Transmission efficiency  [%]35040100Transmission efficiency  [%]Transmission power P [W]40

Non-control (fixed at 35kHz)
0102030405060700Rotation angle [deg.](c) Rotation angle

PTS
12
Non-control (fixed at 35kHz)
PTS
Non-control (fixed at 35kHz)

基本性能(20Wモデル)

Linear actuator
Laser displacement
sensorLinear guide rail

10t

RX TX

Transmission distanced [mm]

155-500-2500Time (ms)250500(b) Step input profile

1580601040

LTransmission power
P [W]

100

50-50020-2500Time (ms)2500500(c) PL and η versus time
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 [%]

急激な伝送距離の変動にも高速で応答

20Transmission efficiency(a) Experimental setup提案例（一般家電用100Wタイプ）
家電製品

受電コイル

給電コイル
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時間空間反転対称性を非保存（従来技術）

×〇×

特定の伝送距離でしか目的の電力を供給できない※※ 時間空間反転対称性を利用しない、その他の電力制御方法も複数提案されています。
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時間空間反転対称性を保存（新技術）

〇

〇

〇

フレキシビリティが大幅に向上
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本発明のメリット✅ 伝送距離の変動（コイルの位置ズレ）に対応。

✅ 電力制御に関わる製造コストの低減。
✅ システム全体で高い電力効率を実現。
✅ 100Vの家庭用コンセントに接続可能、一般家電製品に利用可能。
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想定される用途✅ 本発明は、一般家電のような比較的安価な製品にワイヤレス給電機能を付加する際に製造コスト面で大きなメリットがあると考えられる。

✅ 一般家庭での使用を想定した場合は、ICNIRPの一般公衆に対する電磁界ばく露のガイドラインを遵守する必要がある。そのため伝送可能な最大電力は100W程度だと考えられる。
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今後の課題伝送電力

臨界距離が存在する電力を供給する側（給電コイル）

電力を受け取る側（受電コイル）

より長く伝送距離✅ より長距離に渡り時間空間反転対称性を保存させる 19

本技術に関する知的財産権• 発明の名称：磁気共鳴型ワイヤレス給電装置• 出願番号 ：特願2021-018613• 出願人：岡山理科大学
• 発明者
：石田弘樹

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お問い合わせ先
岡山理科大学
研究・社会連携部
TEL：086-256-9730
Mail：renkei@office.ous.ac.jp

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