ワイヤレス電力伝送について

2023年3月16日に開催された「SoftBank Tech Night Fes 2023」の講演資料です。

2022年5月にワイヤレス電力伝送の制度化が国内で達成され、ようやく商用利用が可能となりました。これから、ワイヤレス電力伝送が様々な分野に利用されることで、電力利用の在り方が大きく変わり、より便利な世の中がやってくると思っています。このスライドでは、「ワイヤレス電力伝送とは何か」「なぜワイヤレス電力伝送が注目を集めているのか」「ソフトバンクの研究成果」などについてご紹介します。

■関連リンク
・未来の充電はワイヤレスに。電力の世界に変革をもたらす無線電力伝送
https://www.softbank.jp/sbnews/entry/20220622_02

・完全ワイヤレス社会の実現に向けたワイヤレス電力伝送の高周波化および通信との融合技術に関する研究開発を推進
https://www.softbank.jp/corp/news/press/sbkk/2021/20211112_01/

・完全ワイヤレス社会の実現に向けて、ミリ波の通信装置にワイヤレス電力伝送の機能を実装したシステムの開発と実験に成功
https://www.softbank.jp/corp/news/press/sbkk/2022/20221007_02/

■作成者
長谷川 直輝（はせがわ なおき）
ソフトバンク株式会社
基盤技術研究室 システムデザイン研究開発部 無線電力伝送研究開発課
課長代行 / テクニカルマイスター

■SoftBank Tech Nightについて
ソフトバンク株式会社のエンジニア有志が開催するテックイベントです。
各分野のエキスパートが、日頃培った技術や事例、知見について発信しています。
イベントは開催スケジュールはconnpassをご確認ください。
https://sbtechnight.connpass.com/

SoftBank Tech Night Fes 2023公式サイト
https://www.softbank.jp/biz/events/tech-night-fes-2023/

Transcript

1. © SoftBank Corp.
   SB Tech Fes. 2023
   ワイヤレス電力伝送について
   2023.3.16 木
   基盤技術研究室
   長谷川 直輝
   1
   

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2. © SoftBank Corp.
   2
   WPT（ワイヤレス電力伝送）について
   電波によるエネルギーの給電
   マイクロ波・ミリ波による空間伝送型WPTの実用化が期待
   

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3. © SoftBank Corp.
   3
   ワイヤレス電力伝送の主な方式
   電磁誘導型
   交流磁場
   コイル
   P
   in
   P
   out
   共鳴型
   LC共振器
   P
   in
   P
   out
   空間伝送型
   P
   in
   P
   out
   アンテナ
   電波によるエネルギー給電
   磁界/電界共振によるエネルギー給電
   磁場変動によるエネルギー給電
   空間伝送型ワイヤレス電力伝送
   （2022.5月制度化）
   

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4. © SoftBank Corp.
   増加し続けるセンサ・IoTへの給電問題の解決が必要不可欠
   4
   背景
   Virtual × Physical IoT Business
   IoT・センサの爆発的な増加
   

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5. © SoftBank Corp.
   5
   WPT制度化 in Japan
   出典：総務省HP https://www.soumu.go.jp/menu_news/s-
   news/01kiban16_02000240.html
   2022年5月制度化：商用利用可能
   

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6. © SoftBank Corp.
   6
   アプリケーション例
   Air tag, Tile
   出典：https://thetileapp.jp/platform_partners/tile_card/
   空間伝送型WPTターゲット
   出典：https://thetileapp.jp/
   出典：https://www.apple.com/jp/shop/buy-airtag/airtag
   

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7. © SoftBank Corp.
   7
   WPT開発動向
   https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000003.000071264.html
   Aeterlink×竹中工務店
   2020
   (2017)
   2017/5/31 Japanese Newspaper
   Microwave-Driven Battery-less
   Temperature/Moisture Sensor
   Receivers
   City Hall in South of Kyoto Prefecture
   Tx/Rx Antenna
   Sensing Data
   2020
   Kyoto Univ.×Panasonic
   2017
   https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/news/2017-05-31
   10m WPT 実証試験の実施：温度センサ、タグなど 15m WPT 実証試験の実施：センサ類
   屋内での商用投入間近
   

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8. © SoftBank Corp.
   8
   ソフトバンクでの取り組み・研究開発
   

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9. © SoftBank Corp.
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   ６Gに向けたソフトバンクのチャレンジ
   SoftBank プレスリリース2021
   “Beyond 5G／6Gのコンセプトおよび実現に向けた挑戦を公開” July 14, 2021
   https://www.softbank.jp/en/corp/news/press/sbkk/2021/20210714_01/
   （8）電波による充電・給電
   スマートフォンなどのデバイスは、Qi規格による無接点充
   電技術が多く使用されていますが、距離が離れてしまうと
   充電・給電ができないという欠点があります。6G時代に
   は、電池交換や日々の充電から解放される未来がやっ
   てくると期待しており、距離が離れても電波を活用した充
   電・給電を行える技術の研究開発を進めていきます。
   

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10. © SoftBank Corp.
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    実現したい未来
    「膨大な数のデバイスを所有・管理できる社会」
    「給電」を固定回線からモバイル回線へ！
    給電市場：いまだに固定回線状態 電気利用の仮想化・無意識化
    ✓ 「家庭単位」の課金システム
    ✓ 電気の利用は「専用回線」状態
    ✓ 無断利用は「電気泥棒」
    ✓ 「端末単位」の課金システム
    ✓ 多数ユーザが給電システムを「共有」
    ✓ 近場の給電スポットに「自動接続」
    

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11. © SoftBank Corp.
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    B5G/6G ミリ波通信機能拡張 研究開発
    

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12. © SoftBank Corp.
    B5G/6Gに向けてミリ波通信へWPT機能を実装
    12
    𝑓
    𝑡
    国プロに関する共同研究
    ソフトバンク（代表）
    ✓ 通信とWPTの融合・連携システム研究
    京都大学
    ✓ 超大開口・簡易アンテナの研究
    金沢工業大学
    ✓ ミリ波高効率レクテナの研究
    基地局の非通信時のリソースを有効利用
    ➡ B5G/6Gの拡張機能としてのWPTシステムを実現：基地局の新しい使い方を提案
    © SoftBank Corp.
    

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13. © SoftBank Corp.
    ミリ波通信装置へのWPT機能実装に成功
    13
    𝑓
    𝑡
    通信ベースバンド装置 通信ミリ波アンテナ
    ミリ波の通信とWPTの時空間分離システムを実証
    © SoftBank Corp.
    ✓ 通信システムにWPT機能を実装
    ✓ 同一の周波数帯域内で通信とWPTの時空間分離を実証
    

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14. © SoftBank Corp.
    14
    微弱領域で動作するミリ波受電アンテナ
    （レクテナ：電波を電気エネルギーに変換）
    世界最高クラスの効率を達成！ミリ波弱電受電アンテナの開発成功
    State-of the arts（金工大調べ）
    レクテナ構造
    整流器チップ
    マザー基板
    Small loop antenna
    裏面GNDなし
    Wire antenna
    0.1μm GaAs
    ブリッジ整流回
    路チップ
    バンプ
    2.5 mm
    □400μm
    DC電力
    RFtoDC
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    65
    70
    10 100 1000
    Rectification efficiency (%)
    Input power (mW)
    35G
    29G
    29G
    29G
    20G 29G
    32G
    28G
    28G
    24G
    24G
    24G
    24G
    28G
    トレンド１
    トレンド2
    GaAs GAD (金沢工大)
    MA4E1317f(GaAs SBD)
    GaAs SBD
    測定値
    

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15. © SoftBank Corp.
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    プレスリリース（2022/10/7金）
    報道関連（2022/10/11時点）
    1. ITmedia：基地局からの電波でAirTagなどに給電 ソフトバンクが実験に成功、世界初
    2. ケータイ Watch：基地局の電波でデバイスを充電、6G時代に向けソフトバンクなど実証に成功
    3. CNET Japan：基地局から無線給電、ソフトバンクらが実験成功--AirTag大のデバイスを想定
    4. マイナビニュース：ソフトバンクなど、ミリ波通信装置へのワイヤレス電力伝送実装に成功
    5. 日刊工業新聞：ソフトバンク・京大など、ミリ波通信で電力伝送 基地局・周波数を有効活用
    6. 産経ニュース：離れた場所の機器に電波を使って充電 ソフトバンクなど、令和１２年に実用化へ
    7. businessnetwork.jp：ソフトバンクなど、基地局へのワイヤレス電力伝送機能の実装に成功
    

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16. © SoftBank Corp.
    

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17. © SoftBank Corp. 17
    EoF
    

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