WPT の構成

今回は(マイクロ波を用いた) WPT の構成について考えてみたいと思います。

まず WPT は電波(マイクロ波) を用いて電力を伝送するシステムです。
したがって、下図のように送る側 (PTx : Power Transmitter) と受ける側 (PRx : Power Receiver) とで構成され、その間が電波伝搬 (Wave Propagation) となりそうなことは容易に想像できるかと思います。
また、PTx は魔法のように電力を発生する装置ではないため、電力の入力 (ここでは AC100/200V) が必要であり、PRx は受け取った電力で負荷 (Load) を駆動します。これが、WPT System の Overview です。

では、もう少し中身を考えてみたいと思います。
PTx は入力電力 (ここでは交流 AC100/200V) から一旦、直流電力 (DC) に変換します。
これは、電力を回路で使いやすくするためです。
変換された直流電力は、高周波信号源を種として高周波 (RF : Radio Frequency) 電力に変換します。
変換された高周波電力はアンテナにより電波(電磁波)として空間に放射されます。
PRx は空間の電波をアンテナにより高周波電力に変換し、高周波電力を負荷回路で使えるような直流電力 (DC) に変換し負荷に供給します。これらを図示すると下記のようになります。

PRx の実際はもう少し説明が必要です。
通常高周波電力を直流電力に変換する整流回路 (Rectifier) の出力は一定の電圧ではないため、このままでは負荷で使う事ができません。
また、電波で電力を伝送するという性質上、Wi-Fi や Bluetooth と同様、常に正常に電力を受電できないという可能性も考える必要があります。
こういった背景から、整流回路の後段には蓄電素子に充電する充電回路 (DC/DC Charger) が搭載され、その後蓄電素子から所望の直流電圧に変換します。これを図示すると下図のようになります。

各種周波数帯やサプライヤーにより、味付けは異なる事と思いますが、概ねこれが、WPT の構成に関する概観です。
・AC/DC は WPT システムの根幹ではないため、汎用の AC アダプターを使用する事があるかもしれませんし、PoE や USB のような DC で供給する事もあるかもしれません。
・蓄電素子はバッテリーのシンボルで示しましたが、昨今では様々な種類のバッテリーがあり、また、スーパーキャパシタのようなバッテリーではない蓄電素子を選択する事ができるかもしれません。

次回は WPT とその周波数について話を進め、WPT に開放された3 つの周波数帯の特徴・違いについて考えてみたいと思います。

第一級陸上無線技術士
Expert
勝永浩史