金工大ら,無線電力伝送で世界最高の変換効率達成

金沢工業大学は,マイクロ波(5.8GHz)による無線電力伝送に用いる受電レクテナにおいて,世界最高の電力変換効率となる92.8%を達成した(1W入力時)(ニュースリリース)。

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あり,屋内での携帯機器への充電,ファクトリー・オートメーション機器などへの送電,屋外でのドローンや飛行船などの移動物体への送電,さらには静止軌道上での宇宙太陽光発電での地上への送電などへの適用が検討されている。

これらの実用化のためには,エネルギーの伝送効率の向上が課題となる。研究の受電レクテナはマイクロ波の電力を受電し,これを直流電力に変換する機能を有するが,これにも高い電力変換効率が求められる。今回,無線電力伝送の社会実装を加速するために,エネルギー伝送効率の向上を可能とする基盤技術を確立するため,受電レクテナの効率向上を目指した。

受電レクテナを,従来の「受電アンテナ+回路+ダイオード」構成から「受電アンテナ+ダイオード」構成とすることにより回路による損失を削減し,マイクロ波から直流への電力変換の効率を限界まで高めた。これを実現するために,受電アンテナの形状の工夫により,従来の回路の機能を全て受電アンテナで実現した。また整流用半導体として三菱電機のガリウム砒素(GaAs)ダイオードを適用することで,高い効率を得た。

今回は1W受電での高効率化を達成したが,今後は更に大電力である10Wの高効率受電技術の確立に取り組むという。その実現のために,同じ研究プログラム内で名古屋大学/名古屋工業大学/三菱電機により開発が行なわれている高耐圧ガリウム・ナイトライド(GaN)HEMT型のダイオードを用いる計画だとしている。

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