【ニューテック・チューズデー】ケーブルはもうやめ！充電ならやっぱりワイヤレス

 

 

ニューテック・チューズデー

技術ジャーナリストのトミー・カミングスが毎週、設計エンジニアにとって興味ある「旬な」トピックを取り上げます。

 

世の中、何ごとも縛られるというのは愉快なことではありません。特に充電ケーブルには。

スマートフォンやデバイスをケーブルなしで充電できれば、どんなに楽なことでしょう。電気自動車やウェアラブルの普及が進む今日、誰もが充電ケーブルの束縛から解放されたいと願っているはずです。

ワイヤレス充電は、ケーブルやコードを使わずに電源から機器にエネルギーを伝送する技術です。その歴史は長く、1891年、発明家のニコラ・テスラが行ったワイヤレス給電の実証実験に遡ります。それから130年以上を経た今もなお、この技術は進化を続け、開発者たちは、成長著しいワイヤレス充電市場に向けてソリューションを次々と打ち出しています。

 

ここで、ワイヤレス充電の利点について整理してみましょう。まず、ワイヤレス充電は、物理的なコネクタやケーブルが不要でありながら、信頼性が高く、便利で、安全性が実証された技術です。第二に、充電器のコイルと充電対象機器のコイルが近接し、互換性があり密結合されていれば、小型機器から産業用まで、機器の種類や大きさに関係なく、誘導電力伝送を連続して行うことができます。

また、ワイヤレス充電には難点もあります。磁界は空気中で急速に減衰するので、現在のスマートフォンのワイヤレス充電は、距離に制限があります。そこで磁気素材、コイル、チップ、保護回路をスマートフォンに搭載しようとすると、コストが高くなります。

今週の「ニューテック・チューズデー」は、Signal Transformer社、PANJIT Semiconductors社、STMicroelectronics社から、電力伝送ソリューションを実現する注目の新製品をご紹介します。

コイル、MOSFET、パワーIC

スマートフォンやタブレットの充電パッドは、今ではすっかり身近なアイテムになりました。充電パッドに内蔵されているワイヤレス充電コイルが、振動磁界を発生させ、その誘導でエネルギー源からデバイスへ信号、データ、電力を伝送します。 Signal Transformer/Belのワイヤレス充電コイルは、単巻、二巻、多巻の構成があり、送信側と受信側の間を橋渡しをします。この薄型のコイルは、スマートフォン、タブレット、ゲームコントローラ、ウェアラブル、歯ブラシ、ロボット掃除機、ドローン、さらにはスマートカー向け充電アプリケーションなどに最適です。もちろん、誘導結合により、導電接続や従来の配線は不要になります。コイルは固定位置で動かず、振動や腐食に強く、信頼性と長期寿命を実現します。

 

PANJIのワイヤレス充電トランスミッタ用パワーMOSFETは、充電ソースとバッテリ受電機器の間の電磁誘導に最適化されており、 ワイヤレス充電器の適切で効率的な動作を実現します。薄型パッケージは、省スペース化に貢献し、低スイッチング損失と高スイッチング周波数を実現します。このMOSFETは、低性能指数（FOM）を特徴とし、表面実装用の露出サーマルパッドを備えています。代表的な用途として、ワイヤレス充電パッドやケースが挙げられます。

 

また、ワイヤレスパワーソリューションには、パワーレシーバも必要です。STMicroelectronicsのSTWLC68 Qi準拠ワイヤレスパワーレシーバは、最大5Wの出力電力を管理できます。STWLC68は、受信コイルの交流電圧を出力で安定した直流電圧に整流します。32 ビットArm Cortex マイクロコントローラ（64MHz）は、電磁誘導性通信プロトコルとBPP（Base Power Profile）についてQi 1.2.4 規格に準拠し、スマートフォン、パワーバンク、ウェアラブルなどの携帯機器に最適です。内蔵の低損失同期整流器と低ドロップアウト（LDO）リニアレギュレータにより優れた効率を発揮します。デジタルコアによって管理されるため、幅広い出力負荷状態でシステム全体の消費電力を最小化します。なお、Qi（チー）とは、標準化団体WPC（ワイヤレスパワーコンソーシアム）が策定したワイヤレス給電の国際標準規格です。

 

今週のまとめ

ワイヤレス充電技術は、急速に進化しており、今後も市場の大きな拡大が期待されています。デバイスの利便性が追求される限り、ワイヤレス充電の利便性も同じように求められるでしょう。やはり、この時代、何ごとも縛られたくない、誰もがそう思っているはずです。

著者

トニー・カミングス

米国テキサス州在住のフリーランスライター兼編集者。ジャーナリスト歴は40年以上におよび、 現在、Texas Monthly誌、Oklahoma Today誌にて執筆中。過去にDallas Morning News紙、Fort Worth Star-Telegram紙、San Francisco Chronicle紙などでの執筆経験を持つ。シリコンバレーのドットコム・ブームを取材し、様々なメディアでデジタルコンテンツやオーディエンスエンゲージメント編集に携わる。2018年から2021年までマウザー・エレクトロニクスにてテクニカルコンテンツ・プロダクトコンテンツ・スペシャリストとして勤務。

 

 

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【ニューテック・チューズデー】ソーラーカー開発向け代替エネルギーソリューション２製品を紹介

 

 

ニューテック・チューズデー

技術ジャーナリストのトミー・カミングスが毎週、設計エンジニアにとって興味ある「旬な」トピックを取り上げます。

 

エンジン車と同様、代替エネルギー車の動力源は、いつも安全性と信頼性が最大化するよう管理されている必要があります。

ソーラーカーも同じです。

ソーラーカー（SEV：ソーラー電気自動車）には、電気自動車（EV）やハイブリッド車（HEV）などの他の電気自動車と同じようなバッテリ管理システム（BMS）とスイッチングシステムが必要です。それでも今、ソーラーカーが話題を集めているのは、EVやHEVが今後の自動車の主流になると言われながらも、バッテリー充電や走行距離などの面でドライバーの不安が依然として解消されていないからです。

その解決策として自動車開発者たちが着目したのが、太陽光発電です。太陽光を動力とするソーラーカーなら、同じバッテリで走行距離を伸ばすことができるはずです。

では、ソーラーカーの開発や太陽光発電アプリケーションの電力管理は、現在、どのような状況にあるのでしょうか。

ソーラーカーの開発は、かなり前から行われていました。米国テキサス州フォートワースで開催される「ソーラーカー・チャレンジ」をはじめとする、さまざまなソーラーカーレースの模樣を映像などで目にしたことのある方も多いかもしれません。ただし、製品化については、新興自動車メーカーや、テスラ、トヨタといった大手EVメーカーなどの数社がソーラーカーやそのハイブリッドモデルの開発を行ってはいますが、いずれもまだ市販にいたっていません。アプテラ社は、最近、開発中のソーラーカーの3度目にして最後のアルファ版を発表し、2022年に生産、納車を予定しています。同じく2022年に生産開始を予定しているテスラ社の「Cybertruck」は、オプションでソーラーパネルを追加することができるので、走行中、駐車中を問わず、太陽光の充電が可能になります。アプテラもCybertruckも多くの太陽エネルギーを集めることができるよう、かなり型破りな車体デザインを採用しています。また、韓国の現代自動車（Hyundai）は、2020年、 ソーラールーフシステムを搭載した「ソナタ」のハイブリッドモデルを発表しました。このモデルはソーラーパネルとコントローラを搭載しており、車は発電して、バッテリに電気を貯めておくことができます。

現在のソーラーカーのデザインは、さながら車輪の付いたソーラーパネルといったところです。事実、太陽電池をパネルとして搭載したEV車なので、わざわざ停車しなくても充電が可能になります。開発者たちは今も、ソーラパネルを車のルーフやボンネットへ搭載し、パワーマネージメントシステムに効率よく接続するプロジェクトに取り組んでいます。この電力は調整され、モニタリングされる必要があります。

今週の「ニューテック・チューズデー」では、リテルヒューズ社とアナログ・デバイセズ社の自動車の電動化製品に注目したいと思います。

 

太陽光がある場所なら

設計エンジニアは、リテルヒューズ社のDCN大電流・高電圧DCコンタクタリレーを使用することで、高電圧リレースイッチングをさまざまな大電流・高電圧アプリケーションに組み込むことができます。この製品の代表的なアプリケーションには、電気自動車、EV・HEV用の充電ステーション、電動フォークリフトなどがあります。高電圧リレーは、ソーラーパネルからの出力の切り替えを行い、太陽光発電の調整にも使用されます。リテルヒューズのリレーDCNシリーズは、30Aから500Aの連続電流と最大1800Vの電圧定格に対応します。また、取付方向には制約がなく、サイドマウント、ボトムマウントが可能です。

 

アナログ・デバイセズ社のLTC2949電流およびスタック電圧モニタICは、電気自動車やハイブリッド車、その他の絶縁型電流検出アプリケーションの電流、電圧、温度、充電、および電力を計測し、信頼性の高いバッテリ管理システムを実現します。主なパラメータを計測することで、バッテリスタック全体のリアルタイムの充電状態（SOC）と健全性（SOH）の計算に不可欠な項目を得ることができます。電流および電力の連続積分により、バッテリパックで供給または受信する充電と電力量を損失なく追跡できます。LTC2949は、複数のスタック監視のトポロジーと構成に容易に対応します。1%の電力量および充電精度を備え、ISO26262準拠システム用に設計されており、オートモーティブ・アプリケーション向けのAEC-Q100認定済み。まさに次世代EV用バッテリ管理システムに欠かせない特長を備えたデバイスです。

今週のまとめ

ソーラーカーには、他の代替エネルギー関連プロジェクトと同様、バッテリ管理システム（BMS）とリレースイッチング機能が必須です。BMSは充電式バッテリー駆動システムには不可欠ですが、部品の設計と選定は慎重に検討することが大切です。ソーラーカーが開発段階から進歩し、市販されるようになれば、代替エネルギーソリューション向けの電動化製品がさらに登場してくることでしょう。

 

 

著者

トニー・カミングス

米国テキサス州在住のフリーランスライター兼編集者。ジャーナリスト歴は40年以上におよび、 現在、Texas Monthly誌、Oklahoma Today誌にて執筆中。過去にDallas Morning News紙、Fort Worth Star-Telegram紙、San Francisco Chronicle紙などでの執筆経験を持つ。シリコンバレーのドットコム・ブームを取材し、様々なメディアでデジタルコンテンツやオーディエンスエンゲージメント編集に携わる。2018年から2021年までマウザー・エレクトロニクスにてテクニカルコンテンツ・プロダクトコンテンツ・スペシャリストとして勤務。

 

 

 

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自動運転車が走りやすい安全な道路とは？

 

近年、自動運転車を取り巻き、先進センサ技術やニューラルネットワークの分野も含め、驚くべき速度でテクノロジー開発が進んでいます。

しかし、自動運転車の実現にあたってテクノロジーが必要なのは、自動車そのものだけではなく、走行する道路にも、自動運転車がより走りやすい、より安全な道路へと進化させる必要があります。この点にいたっては、少しずつ注目を集めてはいますが、まだ広くは認識されていないようです。

 

例えば、米国運輸省は自動運転車のためのガイドラインを発表していますが、 そこでは自動車メーカーが製品の安全性を確保する上で守るべき項目を定めながらも、道路建設業者やドライバーが何を守るべきかについては言及していません。このような視野の狭さも当然かもしれません。現在、半自動運転車が自動車全体に占める比率はまだ低く、どれほど大胆な予測をしても、この比率が大きく変わることは当分の間ないからです。

このようなことから、次のような大きな疑問が生まれます。ごく少数のドライバーのために資金を投じて道路を作り変えるのは、果たして正しいことなのだろうか？  そのような改修によって、利用者の安全が脅かされたりしないか？

そんな議論が行われている間にも、自動運転車の設計や製造を行っているメーカー側は、道路網の強化を積極的に推し進めており、 政府もその動きに応えています。

 

正しい車線標示を

自動車メーカーは、政府の基準に従った正しい路面標示こそが、直接の改善につながると訴えています。

テスラの最高経営責任者（CEO）イーロン・マスク氏は、ロサンゼルス近郊の高速道路の車線が二重に表示されている状況を記者たちに伝えました。車線が二重になると、自動運転車は間違った表示に従い、車線から外れてしまう可能性があります。テスラが自動運転車のために道路を安全なものにするには、事前にあらゆる車線をマッピングしておかなければなりません。つまり自動車はすべてセンサに依存しているわけではないのです。「もっときちんと車線を表示すべきだ。こんな車線標示はクレイジーだ」とマスク氏は言います。同氏は道路の改修に向けてロビー活動を行う団体にすでに資金提供を行っています。

 

図1：英国ボストンの戦争記念公園付近のバス停と自転車用レーンの路面標示（2020年8月）。（画像：Tony Dunn / Shutterstock.com）

 

 

道路標識と信号の統一

自動運転車メーカーが頭を悩ませているのは、標識、信号、道路標示が統一されていないという点です。州や国境を越えると、要素のデザインや形式が一変してしまうこともあります。

 

スマート道路

従来の道路要素をただ改善するだけはなく、スマートソリューションへとシフトする動きも見られます。米国政府の研究者グループは最近、次のような見解を発表しました。「自動運転車が安全に走行するためには、道路、道路標識、信号がマッピングされ、インテリジェント化される必要がある」。

 

車車間・路車間通信

スマートな道路を作るというこの動きに、車載LTEやDSRC（狭域通信）などの通信規格はまさにうってつけです。こうした通信技術によって、車車間通信（V2V）と路車間通信（V2I）が可能になり、さらには、このいずれもがより広範な車車間・路車間通信（V2X）を構成するものとなります。V2Vシステムは、航空機に使用される空中衝突防止装置（TCAS）にように、衝突の可能性をドライバーに警告してくれます。米国運輸省道路交通安全局は、10年以上におよぶ推進運動を経て、トランスポンダーを使用したV2Vシステムの義務化に関して、やっと公式な承認を得るところまで来ています。

 

図2：V2V通信は、自動運転車が走行する安全な道路を作るために不可欠です。（画像： Scharfsinn - shutterstock.com）

 

V2VとV2Iは、もともと人間のドライバーを支援することを想定して生まれた技術です。しかし、どちらも自動運転車にとって極めて有益な技術であり、センサデータを補完し、そのデータを他の道路利用者と共有することで 、状況をより明確に把握することが可能になります。中国のネット検索大手、バイドゥの研究者はさらに大きなメリットがあることを指摘しています。例えば、警察官が交通整理で行う手信号は、自動運転車には理解できず、手信号の指示に従うためには人間のドライバーによる制御が必要になります。バイドゥは、このような場合、交通整理の警察官にビーコンを装着させ、V2Iネットワーク経由で自動車を誘導するなど、V2X技術がこの問題の解決策になると説明しています。

 

 

人間のドライバーにとってのメリットとは？

自動運転車のために道路を作り変えようというこうした動きは、議論を招くことになるでしょう。自動運転車のために最適な道路ができたとしても、人間のドライバーの安全性が損なわれる可能性があるからです。さらには、ある道路の区間は人間のドライバーによる運転が禁止されるという状況も生まれるかもしれません。

 

自動運転車は人間のドライバーよりも周囲状況の認識力が高く、またより迅速に反応できます。そのため、自動運転車向けの道路はもっと狭くすることができるので、建設費は低くなり、土地の有効活用にもつながります。自動車もより狭い車間距離で、より速く走行することができ、しかもV2I技術によって道路標識や信号機も不要になります。ただし、これはすべて、人間のドライバーや歩行者などの道路利用者が混在していないことが前提となっているのです。

 

 

改善への歩み

ここで最初の疑問に戻ってみましょう。自動運転車のために道路を作り変えるのは、本当に正しいことなのでしょうか。この議論は今後も続き、明確な答えは見つからないのかもしれません。特に政府からの介入もないまま、これからも小規模の改修が少しずつ行われてゆくのでしょう。

 

2035年の未来を想像してみて下さい。今や自動車の4台に1台が、高度な自動運転機能を搭載しています。都市交通計画の担当者たちは、衝突事故データを調べ、交通量の多い交差点での衝突事故の大半が自動運転車によるものであることに気づきます。さらに調べると、太陽光がある角度から差すとセンサが信号機を読み取れなくなることが、事故原因であることが判明したことで、新しい信号機を導入すると、すぐに衝突事故は減少します。こうした対応が、自動運転車のための安全な道路作りにつながっていきます。

はたして、人間にとって、それが本当に安全な道路なのでしょうか？  

 

写真画像出典元（表示順）
Yury Gubin - stock.adobe.com

 

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