- 研究チームが20 kW級ワイヤレス充電システムを開発、効率は98.51%に達する。
- 新技術は自動運転EVの手動充電への依存を排除することを目的とする。
- チームは鉄基ナノ結晶合金を使用して過熱問題を解決し、充電効率を向上させた。
- この技術は多様な自動化交通機関に応用可能で、商業生産へ向けて推進される。
中国と英国の共同研究チームが、新エネルギー車向けに設計された20 kW級ワイヤレス充電システムを開発し、誘導電力伝送における重要な発熱と効率の障壁を突破した。この20キロワットのワイヤレス充電システムは、前例のない98.51%の効率を達成した。この研究は中国科学院（CAS）傘下の東莞材料科学与技術研究院が主導し、中国科学院物理研究所、香港城市大学、ケンブリッジ大学と共同で実施された。
自動運転車の充電課題
自動運転電気自動車が複雑な道路を走行できるようになった一方で、手動プラグ充電が必要になると、これらの車両の自律性は制限される。この人間への依存は、完全自動化された交通にとって重大な課題となっている。したがって、新たに開発された自動ワイヤレス充電技術はこの制約を排除することを目的とし、自律車両群が人的介入なしで運行および充電できるようにする。
一般的なワイヤレス充電パッドは主に重いフェライトコアを使用して磁場を導く。フェライトは低電力では良好に機能するが、自動車を急速充電するために電力を高めると、過熱、効率低下、電力密度の制限といった問題が生じる。研究者たちは、応力アニーリング処理された鉄基ナノ結晶合金と材料・システム共同設計を用いてこの問題を解決した。チームは「我々は、材料とシステムレベルの最適化を通じて共同開発された、鉄基ナノ結晶合金を用いた誘導充電システムを報告する」と述べている。
エンジニアたちは設計において驚くべき選択を行い、最大値ではなく適度な透磁率を選ぶことでシステム性能のバランスを取った。この戦略により、440 mm x 330 mm、厚さわずか4 mmのコンパクトな磁気コアストリップの開発が可能となった。この材料は、高電力密度を処理する性能において標準的なフェライト板の半分に達している。
研究者たちは専門的な応力アニーリング工程を適用し、コイル整列積層と組み合わせてコア構造を最適化した。これらの技術により、85 kHzおよび0.2 Tの試験条件下でコアエネルギー損失を135 kW/m³まで低減することに成功した。研究によると、同システムはコイルとコアにおいて98.51%の交流-交流変換効率を提供し、体積電力密度は9.55 kW/Lに達する。また、高電力動作サイクルにおいて信頼性の高い熱安定性を維持する。研究は「材料と電気設計の統合が、自律走行車両と電動モビリティを支援する誘導充電システムの発展を促進した」と指摘している。
技術の商業化ポテンシャル
自動運転には自動充電が必要だ。非接触充電がなければ、完全自動化されたロボットタクシー車両群は依然として夢物語のままである。この技術は、2030年までに主要都市の高速道路と幹線道路で広範な商業化自動運転を実現することを目指す、中国の野心的な第14次五カ年計画（2026-2030）向けに設計されている。自動車は単なる始まりに過ぎない。東莞材料科学与技術研究院はすでに試作機を商業生産へと移行させている。乗用EVに加え、この技術は工場内の産業用無人搬送車（AGV）、重量鉄道輸送、さらには低空電気航空機も対象としている。
より高速、より薄型、より低い動作温度を実現することで、この中英共同チームは、機械が背景でシームレスに自己充電できる世界への道を切り開いた。この研究は最近、『Nature Communications』誌に掲載された。
項目 仕様 充電電力 20 kW 効率 98.51% 体積電力密度 9.55 kW/L コアエネルギー損失 135 kW/m³ 試験周波数 85 kHz 試験磁場強度 0.2 T
ワイヤレス充電技術が自動運転車に与える影響
自動運転電気自動車の発展に伴い、ワイヤレス充電技術のブレークスルーはその自律性向上に不可欠である。この新技術は従来の充電方式の制約を解決するだけでなく、無人介入で自律車両群の運用を支援する。先進材料と設計を適用することで、研究チームはエネルギー損失の低減に成功し、高電力運転における信頼性を示した。これは将来の交通システム、特に自動運転車両の商業化に大きく貢献し、交通機関の充電に対する認識を変える可能性がある。