名古屋大學天野教授等人成功開發無線輸電技術

2020-12-10 紐瀾日本留學

2020年9月23日,獲得了諾貝爾物理學獎的名古屋大學的天野浩教授和金澤工業大學的伊東健治教授宣布開發出了大幅提高「無線供電」功率轉換效率的技術,該技術用於使用無線對遠處設備進行充電。

可以用無線方式接收比以往大三倍的電力。目標是在2022年之前實現對飛行中的無人機充電的目標輸入10W規模的無線供電。

新開發的是使用微波的受電系統,可以從數米到數公裡以上的地方無線供電。新開發了兩種技術,大大提高了無線供電的輸電。

★ 首先是整流電路的電路部和受電天線的一體化。使用微波的無線供電的特點是,通過從輸電天線發射微波,即使是遠距離也能供電。現在使用主流線圈的電磁感應方式的無線供電,供電距離最大也只有幾十釐米左右。

然而,使用微波的無線電源存在將無線電波轉換成電力的效率低下的問題,並且直到現在還沒有投入實際使用。

這次,金澤理工大學電氣工程學院電氣與電子工程系教授伊東健治教授通過集成將微波轉換成直流電流的天線和整流電路來防止功率損耗。常規上,將天線接收的無線電波轉換為功率的效率約為70%,但已提高到93%(在1W輸入功率下),這是世界一流的水平。

在傳統的微波供電中,交流電的微波從輸電天線傳遞到受電天線,並通過整流電路轉換為直流。整流電路由承擔電壓升壓等作用的電路部和將交流轉換為直流的GaAs(砷化鎵)整流二極體構成,但迄今為止,電流通過電路部,效率大大降低。

★ 另一項新技術是,由名古屋大學未來材料與系統研究所的天野浩教授開發的,使用具有高速度和低噪聲的HEMT(高電子遷移率電晶體)結構的GaN器件。

通過將GaAs二極體置換為利用HEMT結構的GaN元件,能夠實現將其應用於無人機的輸入10W規模的電力傳輸。利用天野教授開發的HEMT結構的GaN元件與此前開發的GaN元件相比,受電功率增加了3倍!

本研究是內閤府主導的「戰略創新創造計劃(SIP)」的一環,由天野浩教授等大學團體開發基礎技術,旨在解決東芝等企業集團為確保人體安全性等實用化所需的課題。

關於10W輸入實驗的時間,伊東教授說:「我希望到2010年完成。」

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