電子機器のワイヤレス充電は、利便性、信頼性、汎用性の向上につながります。デバイスを充電する必要があるときに適切な電源コードを探す必要がないので便利です。小さなプラグを小さなジャックに挿入する必要がないため、一方または両方が故障する可能性がなくなり、信頼性が向上します。また、さまざまなメーカーのあらゆる種類のデバイスには、異なるタイプのプラグ、ジャック、またはケーブルが必要になる可能性があるため、汎用性が向上します。そして、ワイヤレス充電が主流になるにつれて、統合と普遍的な適用に向けて順調に進む標準規格が登場しています。
ワイヤレス充電規格
Power Matters Alliances (PMA) 標準またはAlliance for Wireless Power (A4WP) Rezence標準に基づいて動作するウェアラブル デバイスは、Bluetoothを介してベースと通信します 。ワイヤレスパワーコンソーシアム (WPC) Qi規格に準拠するデバイスは、変調されたバックスキャッター規制に依存します。そのため、有線ベースのインターフェースはまったく必要ありません。再充電は、ワイヤレスで行うか、小さくて壊れやすいデバイスから バッテリー を取り外し、外部で再充電してから再度取り付けるという、まったく非現実的な方法で行う必要があります。たとえそのような方法が実現可能であったとしても、そもそもバッテリーを取り外し可能にする必要があるため、ウェアラブルデバイスのコストが増加することになります。そして、現在市場に出回っているウェアラブルの初期世代から判断すると、メーカーはそのようなものを一切持っていないだろう。
奇妙なことに、充電式歯ブラシは、おそらく消費者向けデバイスのワイヤレス充電というアイデアの始まりとなったデバイスだと言えるでしょう。いかなる種類の電荷も保持できる金属が歯茎に触れることは許されないため、電源プラグは廃止され、ワイヤレス充電が不可欠になりました。
ワイヤレス充電はどのように機能しますか?
歯ブラシの解決策は、一次コイルと二次コイルの2つのコイルがある 変圧器の仕組みに基づいています。一次コイルに交流電流が流され、発生した磁場によって二次コイルに交流電圧が発生します。これにより誘導結合が生じますが、大きな違いは、変圧器の場合、両方のコイルが同じ製造デバイスの一部であるということです。ワイヤレス充電では、コイルの1つは充電器内にあり、もう1つは充電されるデバイス内にあります。物理的には近いはずですが、離れています。
また、歯ブラシは使用する数分間を除いて一日中充電器に入れておくことができるため、効率は関係ありません。これは歯ブラシには十分かもしれませんが、一日中バッテリー寿命が頼りになるスマートフォンには不十分です。
共振誘導結合
共振誘導結合に入ります。ここで、送信コイルと受信コイルの周囲の回路は、互いに「共振」するように調整されます。これにより、より多くの電力をより速く転送できるだけでなく、デバイス同士を物理的に遠く離すことも可能になります。
ニコラ・テスラは1890年代に初めて共鳴誘導結合を実証し、この技術の初期バージョンは数十年前に埋め込み型医療機器の充電に利用されました。今日では、スマートフォンなど、頻繁に充電する必要がある低電力デバイスが数多く存在します。メーカー側のちょっとした努力で、多くのクロスオーバーが可能になります。これら3つの規格では、電力伝送に異なる動作周波数が要求されていますが、PMAとA4WPの組織は統合されているため、その規格も統合される可能性があります。異なる周波数には異なるアンテナが必要なので、WPCのQi規格との相互互換性は低くなります。ただし、相互互換性は可能です。一例として、Qi規格とPMA規格の両方をサポートするChargespotがあります。
Qiワイヤレス充電とは何ですか?
おそらく、ワイヤレス充電の最も有力な規格はWPCのQiです。 加入者には、 Microsoft、 Motorola Mobility、Nokia、 Samsung、Sony、 Toshiba などが含まれます。この規格を実装するのは難しいです。互換性が問題であり、充電器は充電中のデバイスと密接に連携する必要があります。A4WPのRezenceでは、充電中のデバイスと充電器の位置をそれほど厳密に調整する必要がなく、Qiとは異なり、複数のデバイスを同時に充電できます。Rezenceとの合併に向かっていると思われるPMA規格は、半導体メーカーの間で支持基盤を持っています。興味深いことに、独自の道を進む傾向があるAppleは、少し譲歩するかもしれない。報道によると、大いに宣伝されている新しいApple Watchは、Qi充電器で充電可能になるかもしれないという。ただし、Apple WatchはまだQi認証を受けていないため、変更が必要になる可能性があります。
この技術は、 Freescale Semiconductor、 Linear Technology、 Texas Instruments、東芝などのチップ製造業者が、受信機と送信機の両方でワイヤレス充電を実装するために必要なものの多くを、広く入手可能なチップに取り入れるレベルにまで成熟しています。互換性のあるアンテナが使用されている限り、必要な変更はコードのみであるため、これらのユニットのほとんどが、競合する複数の標準に対応できるようになることが明確な傾向です。
コミュニケーションが鍵
充電中のユニットと充電器の間では継続的な通信が必要です。これの重要な理由は、消費者向けアプリケーションではユニット間の配置が異なるため、両方を「調整」する必要があることです。これは、喫茶店、空港、その他の公共の場所で最近出現しているタイプのアプリケーションでは特に当てはまります。なぜなら、会場の混雑により、充電中のデバイスを充電器に正確に置くことが現実的でない場合があるからです。充電器には、充電時に適切な位置に配置できるように磁気センターが組み込まれている場合があります。
東芝のTC7761WBGは、メーカーがデバイスに組み込んでワイヤレス充電を可能にするワイヤレス電力受信ICの一例です。東芝のチップはQi規格を実装するように設計されていますが、前述のように東芝はWPCのメンバーであるため、これは驚くことではありません。付属のデータシートには、設計者に完全な情報が提供され、非常に便利なブロック図も含まれています (図1)。
受信ユニットは、送信ユニットによって送信された電力を監視します。送信された量ではなく、より重要なのは、実際に受信された量です。TC7761は、受信ユニットが安全に処理できる以上の電力が吸収されないようにするためのフィードバック ループを確立しています。
通信はASK変調によって行われ、Qi規格では2kbpsでの通信が求められます。この方式では、送信機は受信ユニットを認識し、デバイスが準備完了の信号を送った後にのみ電力を送信します。このチップを使用して設計された受信ユニットは、ユニットの計算能力を必要としません。
ウェアラブル機器がワイヤレス電源の開発を最も急務としている一方で、電源コードを差し込むのを好む人は誰もいません。たとえば、現在のQi規格は最大5ワットを供給できるため、スマートフォンやタブレットなどの多数の低電力デバイスにとって実用的な代替手段となります。15ワットのデバイスに対応するものや、100ワット以上の高電力規格など、更新されたQi規格が検討されています。