なぜ車載用ワイヤレス充電器が新時代を拓いたのか？
ワイヤレス充電の起源
電気は人類文明の発展を促進した巨大な要素であり、人々の生活に大きな影響を与えています。技術は常に、より便利で即時的かつ迅速な電力供給を目指して進化してきました。19世紀にニコラ・テスラがテスラコイルを開発して以来、ワイヤレス充電技術への扉が開かれました。現在、ワイヤレス充電技術は、私たちの周りの電子機器、たとえば携帯電話、ウェアラブルデバイス、電動歯ブラシ、そして自動車電子機器に広く適用されています。
iPhoneが初めて登場して以来、スマートフォン技術は急速に進化し、スマートフォンの性能は毎年向上しています。しかし、バッテリー技術の進展速度はスマートフォンの進化に比べて遅く、あるいは停滞しています。
性能が高まるほど消費電力も増加しますが、バッテリー技術がそれに追いつけなかったため、スマートフォンのバッテリーの持続時間は減少し続けました。そのため、スマートフォンメーカーはワイヤレス充電技術の開発を求め、便利な充電方法でスマートフォンの電力不足の問題を軽減しようとしました。
スマートフォンは普遍性を持っているため、ワイヤレス充電技術を搭載するようになったことで、ワイヤレス充電も急速に普及し、技術的な能力も向上しました。現在では、約10％、すなわち約10億台のスマートフォンがワイヤレス充電を搭載しており、最初は5ワットしかなかった送電効率も、年々向上し、現在では電気自動車向けの高出力キロワットレベルにまで達しています。
ワイヤレス充電の原理
私たちの日常生活でのワイヤレス充電は、主に「電流の磁気効果」と「電磁誘導」を利用して、人々が便利に充電できるニーズを満たしています。
「電流の磁気効果」 - 1819年、デンマークの科学者ハンス・クリスチャン・オーステッドは、電力がワイヤに接続され、電流が流れると、その周囲に磁場が生成され、コンパスが偏向することを発見しました。その後、科学者たちは、ワイヤをループ状にしたり、コイルに巻いたりすると、より強く、集中した磁場が生成されることを発見しました。これを「電流の磁気効果」と呼びます。
「電磁誘導」 - 1831年、イギリスの物理学者マイケル・ファラデーは、磁石やその他の磁場源が電流の流れのないコイルに近づくと、「電磁誘導」が生じることを発見しました。電磁誘導が成立する条件は、磁場が変化しなければならないことです。例えば、磁場の距離調整です。外部の磁場が一定であれば、誘導電流は発生しません。
要するに、ワイヤレス充電は、電流が流れて周囲の磁場を生成する「電流の磁気効果」と、外部の磁場が継続的に変化することでコイルに電流を発生させる「電磁誘導」の2つの物理現象を利用して実現されます。簡単に言うと、「電気が磁力を生み、磁力が電気を生む」のです。
したがって、ワイヤレス充電を行うためには、2つの対応が必要です。1つは充電スタンドで、充電スタンドにはしっかりと巻かれたコイルが含まれています。電力が充電スタンドに接続されると、「電流の磁気効果」によりコイルの周囲に磁場が生成されます。もう1つは充電が必要な充電デバイス（例：スマートフォンやタブレット）で、このデバイスにもしっかりと巻かれたコイルが含まれています。充電デバイスが充電スタンドに近づくと、充電スタンドの磁場が「電磁誘導」によって充電デバイスのコイルに誘導電流を発生させ、この誘導電流がバッテリーに伝わり、ワイヤレス充電が実現されます。
「電磁誘導」の成立条件は、磁場が変化することだと前述しました。つまり、充電デバイスが充電スタンドに置かれた時、理論的には「電磁誘導」が成立しないはずです。しかし、一般的に使用される電気は交流であり、電流の方向が継続的に変化し、これにより「電流の磁気効果」で生成される磁場も継続的に変化します。これにより、「電磁誘導」の成立条件が満たされます。
「電流の磁気効果」と「電磁誘導」によるワイヤレス充電には、まだ解決すべき技術的な難題があります。
まずは充電距離です。これは2つの磁石が引き寄せ合うようなもので、距離が遠くなるほど引力が小さくなります。したがって、市場に出回っている規格に適合したワイヤレス充電の距離は非常に近いです。最新技術でも、最大で4cm～5cmの距離しか実現できません。また、電話ケースの厚さによって充電できない場合もあり、ケースを取り外さなければならないことがあり、これがユーザーの使用習慣に反することになります。
ワイヤレス充電の距離と効率を向上させるため、現在使用されている技術は「磁気共鳴」の原理です。
「共鳴」- 物体には固有の音の周波数があり、物体が振動して音を出すと、近くの物体も同じ周波数で振動します。このような共鳴がエネルギーの転送を完了させます。
「磁気共鳴」- 「共鳴回路」を利用して共鳴を発生させます。コンデンサーやインダクターなどの特殊な部品を回路に加えることで、「共鳴回路」が形成されます。電力が共鳴回路に接続されると、回路内で継続的に信号が生成されます。共鳴周波数が一致する2つの共鳴回路が一緒に置かれ、一方が振動を始めると、もう一方も共鳴によって振動を開始し、電流を生成します。これにより、空気を通して電力が転送され、充電距離が数メートルにまで増加し、充電効率も向上します。
次に安全性です。ワイヤレス充電でエネルギーの一部が熱に変換されるため、金属の電話ケースのような熱をよく伝える材料があると、より熱くなりやすいです。また、金属は優れた電磁シールド特性を持っているため、ワイヤレス充電を持つ携帯電話の背面パネルには主に非金属材料が使用されています。
ワイヤレス充電の適用可能性 「理想は満ちているが現実は細い」ワイヤレス充電は便利な充電のためにスマートフォンに導入されましたが、現在、スマートフォンに適用されるワイヤレス充電には、直面しなければならない現実があります。
一般的なユーザーが期待するワイヤレス充電は、Wi-Fiのように、どこでも充電でき、特定の場所にデバイスを置く必要がないことです。しかし、充電効率は有線充電よりも低く、デバイスを同じ場所に置かなければならず、長時間待つ必要があります。有線充電では、ケーブルの範囲内でデバイスを使用しながら充電できますが、スマートフォンをワイヤレスで充電する場合、その範囲はかなり制限されます。したがって、ワイヤレス充電には休憩時間が必要です。
また、スマートフォン購入時にワイヤレス充電デバイスが含まれていることはほとんどなく、ユーザーはそれを別途購入する必要があります。オフィス、リビングルーム、寝室など、複数の充電シナリオを考慮すると、複数のワイヤレス充電デバイスを購入する必要があります。しかし、ワイヤレス充電は、充電器の差し込みと抜き取りからの消耗を減らし、隠れたコストを多少削減します。
今日の生活では、携帯電話のワイヤレス充電は単に便利な充電だけでなく、ワイヤレス充電を使用することが技術的な貴族性やスタイリッシュさを示すものと一致しています。高技術スタイルの多様なワイヤレス充電デバイスは、多くの流行に敏感な若者たちに使われています。
スマートフォンにおけるワイヤレス充電技術の適用可能性はまだ改善されていますが、スマートフォンがワイヤレス充電分野に進出する前に、ワイヤレス充電技術はすでに他の3C製品に導入されていました。ワイヤレス充電は、他の3C製品ではより高い適用性を持っています。
例えば、電動歯ブラシです。これらは湿気の多い環境に長時間さらされ、防水性と耐湿性が必要です。ワイヤレス充電技術により、これらの3C製品が高強度の一体型シールを実現し、製品の外観の美しさ、品質、防水性、耐塵性を高め、製品の耐久性も向上しました。低頻度の使用と長い設置時間という製品の特徴は、ワイヤレス充電の特性と一致します。
スマートフォンにワイヤレス充電を適用する際に多くの欠点があるように見えますが、使用シナリオが自宅やオフィスから運転中に移行し、ワイヤレス充電が車載ワイヤレス充電に変わると、ワイヤレス充電と自動車電子機器の適用可能性は大幅に向上します。
車内ワイヤレス充電と日常的なワイヤレス充電
3C消費者向け電子製品と比較して、車はより複雑で過酷な使用環境に直面する必要があります。赤道の暑さからロシアの寒さまでだけでなく、車両の運転中には、バンプ、加速、緊急ブレーキなどの機械的衝撃による長期間の振動や衝撃にも対応しなければなりません。
車載ワイヤレス充電の使用寿命は、日常のワイヤレス充電よりも遥かに長いです。車は使用期間が長く、純正装備として提供される車載ワイヤレス充電も車両の全保証に含まれているため、車載充電の耐久性は自動車メーカーにとって重要な考慮事項となります。
したがって、車載ワイヤレス充電の信頼性テストには、機能テスト、環境テスト、機械的テストが含まれ、高温・低温の極限環境テストや電気的性能テストも行われます。これは日常的なワイヤレス充電よりも厳格です。
日常のワイヤレス充電シナリオはほとんどが安全で安定した状態で行われるため、大きな充電範囲は必要なく、ほとんどの場合、単一コイル技術が使用されます。しかし、車両の運転中には揺れや振動があり、ドライバーが充電デバイスを正確に配置することに気を取られることはできません。したがって、車載ワイヤレス充電の使用には、複数コイルや大きな充電範囲の仕様が採用され、LED付きのクリップタイプ、溝、カップホルダーなど、車両の内装デザイン品質を向上させるための一般的な産業設計が含まれています。
車載ワイヤレス充電は車内のいくつかの技術の動作に影響を与える可能性があります。例えば、キーレス技術がワイヤレス充電と衝突し、キーレス機能が干渉して車両の始動ができなくなることがあります。この問題には、車両のオリジナル設計に互換性があるキーレス干渉防止技術をワイヤレス充電ボードに追加することができます。
車載ワイヤレス充電は、より耐久性があり、安全で、人間工学に基づいたデザインを採用しています。運転中に携帯電話を使用できないという特性は、ワイヤレス充電の低使用頻度と高設置充電時間の製品特性にマッチします。たとえ携帯電話をナビゲーションに使用したい場合でも、関連する自動車電子技術を使用することで、携帯電話がワイヤレス充電とナビゲーションの二つの状態で同時に機能することができます。
(UniMax の車載用ワイヤレス充電器、WPC Qi 規格、FOD、干渉防止キーレス機能。)
今日、主要自動車メーカーの機器のトレンドはワイヤレス充電の提供に向かっています。これにより、ユーザーは車内でケーブルを減らし、より良い運転環境を提供するとともに、充電ソケットの差し込み・抜き取りによるハードウェアの消耗や、その後の自動車メーカーとユーザーのメンテナンスコストを削減することができます。
自動車電子機器におけるワイヤレス充電の適用性は非常に高いです。
車載ワイヤレス充電の関連アプリケーション
日常のワイヤレス充電と比較して、車載ワイヤレス充電は自動車の電子機器が豊富にあるため、より高度な技術との統合が可能です。
シナリオ：
CANバス、NFC接続および識別などの高度な技術をワイヤレス充電ボードに統合し、CANバス接続を介してダッシュボードや車載インフォテインメント機器に充電状況を表示できます。これにより、運転中にドライバーが充電状態を簡単に把握できます。NFC接続および識別を活用することで、ユーザーはモバイルフォンのNFCセンサーを使ってさまざまなアプリケーションを実現できます。
以前、車はBluetoothを介してモバイルフォンとペアリングする必要があり、多くの手順を踏む必要がありました。しかし、モバイルフォンがワイヤレスで充電されているとき、運転者はNFCセンサー技術を使って、モバイルフォンが自動的に車とBluetooth接続を行うことができます。これにより、車のステレオを使用して音楽やラジオを聴いたり、モバイルフォンからの通話やメッセージを受け取ったりできます。
NFCセンサー技術は、運転中に最も重要なナビゲーション機能にも使用できます。モバイルフォンのナビゲーション内容を車載インフォテインメント機器に投影して、より大きなナビゲーション画面を表示したり、オーバーヘッドディスプレイに投影してターン・バイ・ターンのナビゲーションを行うことができます。これにより、運転者はナビゲーターを見て注意を逸らす必要がなく、運転中に水平の視線でナビゲーション情報を受け取ることができ、安全で快適な高技術な運転環境を提供します。
NFCセンサーを使用して、モバイルフォンのシリアル番号を識別することもできます。これにより、ワイヤレス充電や個人の車両設定を呼び起こすことができます。
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