ワイヤレス(Wireless)充電器について

Wireless充電器

スマートフォン・スマートウォッチ等の充電ケーブルを使用しないで充電する充電器として、ワイヤレス(Wireless)充電器があります。

ワイヤレス充電器(無線充電器)は固定電話機の子機充電器として製品がありました。その後、国内のスマートフォン用のワイヤレス充電器が登場しましたが、イマイチ盛り上がりに欠ける製品でした。

最近ではサムスン製品のギャラクシーシリーズやアップル製品のiPhoneシリーズ、AirPodsなどにQi規格のワイヤレス充電が採用されて、オープンツールの多くのデザイン製品が登場しています。

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1.簡単に原理を説明

簡単に原理を説明しますと、送電側のコイル(充電器)に電流を流すことにより送電側のコイルに電磁誘導が発生して、受電側のコイル(携帯端末)を近づけることで受電側コイルに電流が発生し、携帯端末機を充電します。

充電パッドに載せたQi‐Wirelessスマートフォン

WPCはQiについて以下の様に説明しています。

Qiワイヤレス電力伝送仕様で定義されている機能を支配する基本的な物理的原理は磁気誘導です。時間とともに変化する磁界が発生する現象適切に配置されたインダクタの起電力を利用しています。
Qiワイヤレス電力伝送システムでは、この起電力によってコイル状のインダクタの端子間に電圧が発生し、Qiワイヤレス電力伝送システムが接続されている適切な負荷の電子機器を駆動するために使用されます。
従来の変圧器は、磁気コアによって強く結合されている一次コイルと二次コイルとの間の誘導電力伝送を達成するために同じ効果を使用します。
Qiベースのシステムは、電力が第1のコイルから第2のコイルに伝達されるという意味で従来の変圧器と類似しているが、それらのコイル間のはるかに低い磁気結合のために非常に異なります。従来の変圧器は1に近い磁気結合係数を有するのに対して、Qiベースのシステムは通常0.5以下の範囲の磁気結合係数を有する。

上図に示すQiベースのシステムでは、電力はQi充電パッドに含まれるPTxからQiスマートフォンに含まれるPRxに転送されます。充電が開始される前に、PRxとPTxは互いに通信して、モバイルデバイスが実際に充電可能であること、充電が必要かどうか、必要な電力量などを確立します。
つまり、電力送信機から電力受信機への通信によって適切な電力転送が保証されます。
通信チャネルは、SSID、Bluetoothリンク、または一意のIDを提供することによって、ロケーションベースのサービスをトリガするためにも使用できます。
充電が始まると、電力送信機はそのコイルを通して交流電流を流し、それはファラデーの法則に従って交流磁場を生成します。この磁界は、電力受信機内のコイルによって拾われ、電力変換器によって再び電力に変換されバッテリーの充電に使用できる電流を得ます。
磁場の重要な特徴は、プラスチック、ガラス、水、木材、空気などの非金属、非鉄材料を通過できることです。
言い換えれば、電力送信機と電力受信機との間にワイヤおよびコネクタは不要なのです。

1.1 充電器としての実力は?

ワイヤレス充電器製品のパッケージに出力電力(W)記載がされています。AC充電器出力電流との目安は以下の通りです。
5Wの場合は5V×1Aでほぼ1A出力のAC充電器とほぼ同じ性能
10Wの場合は5V×2Aで2A出力のAC充電器とほぼ同じ性能
15Wの場合は5V×3Aで3A出力のAC充電器とほぼ同じ性能になります。

2.Qiとは

Wireless Power Consortium(略:WPC)が規定した無線充電規格です。 
Wireless Power Consortiumの略で2008年に設立された、世界中から集まった600社以上の会員企業からなるオープンで共同の規格開発グループです。
主なメンバーはApple、ASUS、Belkin、Bosch、Canon、ConvenientPower、Dell、Google、Haier、Huawei、IKEA、Lenovo、LG、MediaTek、mophie、NXP、Panasonic、Royal Philips、Samsung、Sony、TDK、Verizon Wireless、Xiaomiがあります。

2.1 Qiのバージョン

バージョン1.0(2010年7月)                     

  • Qiの送信機はQiの電話機(受信側)に5ワットの電力を提供します。
    送信機設計の選択には、シングルコイル送信機、コイルアレイ送信機、およびムービングコイル送信機が含まれます。
  • Qi受信機の高い柔軟性設計、限られたQi送信機の柔軟性設計

バージョン1.1(2012年3月)                     

  • 送信機の設計自由度が増加しました。                12種類のトランスミッタ仕様から選択できます。
  • 「異物検知」の感度を向上。                    アクティブなトランスミッタ付近の金属物体の加熱を防ぎます。
  • USB充電器でQiの送信機を動かすことが可能

バージョン1.2(2015年10月)      

  • 急速充電。送信機が最大15ワットの電力を供給し、受信機が最大15ワットを得ることができる。
  • 送信機用の改良された熱試験改善されたタイミング要件異物検出の制限を変更すると感度が向上します。
  • 受電用のオプションの一意の識別子(WP-ID)

3.Wireless充電器の購入の目安

Wireless製品充電器はQiマークなし(非準拠)製品も出回っていますので、購入の目安としてWireless規格(Qi規格)に準拠した製品で最近のバージョンがお勧めです。

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