ワイヤレスを真にワイヤレス化する： 
汎用ワイヤレスパワーソリューションの必要性

David W Baarman
Advanced Technologiesディレクター
Fullton Innovation
2009年9月

抄録

ワイヤレスパワーは新しい技術などではない。成功の程度はさまざまであるが、180年以上にもわたっていろいろな実施例が開発中である。しかし、マイクロプロセッサが発明される最近まで、ワイヤレスパワーは効率の低さや制御性の欠如から安全面や他の問題があり有線式技術が直面する課題に対して実行性のある解決策とはならなかった。企業や高等教育機関のいくつかが最近になって大量採用の基となる高効率ワイヤレスパワーの導入を阻んできた問題に対する解決策を発表した。しかし、この前向きな発展にはグローバルな相互運用規格が求められることと相対する所有権絡みの問題など新たな課題が伴っている。消費者調査では共通の汎用規格を採用することが望ましいとしており、世界中の消費者がブランドや電源条件がさまざまなデバイスに給電できるような単一で相互運用できる規格を作れるかどうかが関係機器の開発や製造に携わる企業に懸かっている。ここでのソリューションは、Wi-Fi Allianceがワイヤレスネットワークで行ったように、人間とパワーの関わりに新しいプロトコルを創り出すことになる。

要旨

ワイヤレスパワーが概念として紹介されてから、180年以上にわたりHans Christian Ørsted、Michael Faraday、Nikola Tesla、Guglielmo Marconi等の著名者がラボ実験を通して開発に努力しており、ワイヤレスパワーは世界中の消費者にとって利便性と自由を向上させる可能性と期待に包まれた技術となっている。　
これまでワイヤレスパワーの発展に伴って、誘導結合、導電結合、無線周波数（RF）などのいくつかの技術を利用して専有的ソリューションを目指し、今後も目指し続けようとする企業が増えてきた。残念なことに、専有目的でワイヤレスパワーの市場化を図ることは、有線式パワー技術が現在抱える大きな問題のひとつに見られるような潜在的可能性を創出することになる。その問題とは、広範囲のブランドによるさまざまなデバイスや電源条件に対応して給電できる単一で、グローバルに公認されるソリューションを消費者に提供するという課題である。
この問題の解決策としては、Wi-Fi Allianceのような機構を真似ることであり、国際的なデベロッパ、製造業者、ディストリビュータなどで構成する協力機構を通してひとつにまとめたグローバル規格を公開することである。そうすれば、この協力機構がワイヤレスパワーの世界への普及網としての役割を担うことになる。この方法でワイヤレスパワーの集団的統合を図ることにより、サプライチェーンに関する問題、基準価格、デバイスとインフラの統合、効率、安全性、電力範囲など多くの問題とすべて総合的に取り組むことができる。最終的には、ワイヤレスパワーの実行可能なソリューションを空想科学の世界から「最後のコード」を切り離して現実の世界で実現させる。

序論－準備は整っている

我々が今日住む世界は更に新しく、高度な利便性、接続性、自由性を求めて急速に進歩している。今はワイヤレスパワーとコミュニケーション革命の時代であり、利便性、インタラクション、モニタリングなどのレベルを高めようと消費者向け携帯電子製品から家電製品、更には輸送の分野まで何でもワイヤレス技術を取り入れている。Bluetooth、Wi-F、無線周波数（RF）、超広帯域（UWB）、全地球測位システム（GPS）などの技術により大きな進歩を遂げたが、消費者は最後の束縛ともいうべき電源コードのために完全にワイヤレスなライフスタイルへ飛躍できなかった。Alliance for Universal Power Suppliesが行った調査によれば、消費者は「単純で、充電しやすく、便利なもの」を望んでおり、毎年世界中で何十億個も製造され出荷される電源アダプタを巡る製造上、使いやすさ、廃棄や環境上の問題と併せると、ワイヤレスパワーによるソリューションへの関心が高まっている。電子機器のためのシングルプラグ・ソリューションを実現するとしている組織Green Plug (www.greenplug.us)がシカゴの市場調査会社Synovateと共同で1000人の消費者に対して、消費者向け電子機器でそれ以外の機器には使えない専用の外部電源アダプタがついてくるものに対する購入態度についてオンライン調査した。
この調査は2008年4月に行われ、「回答者の31%が他の機器と互換性のない電源アダプタは『無駄』であり、使用しないアダプタがたくさんゴロゴロしていると答え、30%の人はそうした状況を『いらいらさせる』と表現している。そして、出かけるときに正しい充電器を持ってくるのを忘れるとラップトップや携帯電話、カメラ、音楽プレーヤーなどの重要な機器が使えなくなる可能性があるとしている。他の18%の人はそうした状況については考えたことがないと答え、特に気にしないと答えた人が13%、8%の人は『コストがかかる』と答え、彼等は必要な充電器を持ってくるのを忘れてしまったためにオフィスや学校、旅行先などで新たに買いなおさざるを得なかった」としている。
消費者の要請と相まって、この10年間に実行性のあるワイヤレスパワーによるソリューションを提供する企業も数社現れ、ワイヤレスパワーによるソリューションの市場化が加速している。対象は専有的な充電パッドやアダプタソリューションから国際規格を目指した近接および遠距離伝送統合技術まであり、そのすべてが正しい解決法になると期待できる。

チャレンジ – 新生ワイヤレスパワー業界

消費者の要請および誘導結合から導電結合、無線周波数（RF）や他の遠距離伝送技術までが新生のワイヤレスパワー事業に集まる中、消費者や開発者レベルでの疑問が現れ始めた。ワイヤレスパワーは安全か？コストの加算は？ どんな形で市場化されるのか？効率は高いか？汎用性と相互運用性を持たせたソリューションはあるのか？どのくらいの電力まで扱える技術なのか？こうした疑問に加えて、既に有線式技術が直面している課題も持ち上がり始めた：そうした疑問への答えをまとめ、ソリューションを開発していた企業は、問題と取り組むためのグローバル規格を追求するよりも専有的なアプリケーションの開発と市場へ一番乗りすることに集中して走り出した。
こうしたアプローチはワイヤレスパワー業界を分割してしまい、その結果、メディアや民間のソーシャルメディアの話には、実用に向けた実施例によっては多角的観点から矛盾する答えが見られるものもある。答えが矛盾すれば、市場で技術の混乱を招き、有益で新しいワイヤレスパワーの実現が遅れてしまう可能性がある。

ソリューション – ワイヤレスパワー規格の作成に向けた協力作業

ワイヤレスパワーはライフスタイルテクノロジーである。Bluetooth®やWi-Fi™のように、ワイヤレスパワーは新しいレベルの可動性、利便性、安全性をもたらし、人々の生活様式を根本的に変える。ワイヤレスパワーは電力需要や産業分野の広い範囲を対象にした製品開発や用途に高い価値を与え、柔軟性を向上させる能力をもっている。よって、ワイヤレスパワーを大衆レベルで採用し、消費者のライフスタイルに組み入れる最良の機会としてこの技術を標準化することが急務である。消費者が自分のデバイスの電源を、アダプタや電源コードの不便無く、しかもデバイスのブランドも気にせずに、便利よく使えるようにするための汎用規格の可能性についてはワイヤレスパワーに関する世界中の会話で筆頭に挙げられるテーマであり、汎用規格なしではこの問題は「チャレンジ」のままであり続けることになる。
専有的ソリューションを開発している個々の組織に纏わる問題とは別に、所要電力レベルにより市場もいくつかに区分されるため、その点も考慮すべき重要な要素である。メーカーが個別に予想する通常の電力レベルよりも広い範囲をカバーできる技術が必要であることは明らかである。60ワットの電源ならばそれ以下のものなら何にでも給電でき、デバイスの電源条件にも合わせて給電できるという概念は以前においてはコスト高であると見られていた。新式の低コスト給電技術の登場で、上記の可能性は現実のものとなりつつある。この考え方は消費者の期待と整合させて採用する必要がある。汎用規格の追及を最優先させなければ、ワイヤレスパワー技術の普及には間違いなく限界が生じることになるであろう。
汎用的ソリューションの実現可能性に関する問題との取り組みと同時に、標準規格を共同開発することはワイヤレスパワー技術の広範普及を脅かしうる他の重要な問題とも取り組むことになる。
その中で最も顕著なものは「鶏が先か、卵が先か」の問題で、製造業者にとってはワイヤレスパワー技術に投資するタイミングが難題となる。デバイスの製造業者にしてみれば、デバイスの量産を決める前にインフラが整っていて欲しいと思い、インフラ側の製造業者は量産を決める前に自分たちの製品に用いるデバイスが準備できていることを願う。双方とももっともな心配である。単独で専有的ソリューションを開発していると、この問題はやがて手詰まり状態に陥り、ワイヤレスパワー技術の実現を何年も遅らせてしまう可能性がある。デバイスとインフラの両方の製造業者が協力して努力しあうことで、相互の要求を満たすソリューションに達することが可能になる。また、開発と生産活動を調整することにより、消費者が要求する相互運用性のある統合ソリューションにも対応しやすくなるであろう。以上のことを考慮すると、結局のところデバイスの製造はインフラに合わせる必要があることが明らかなように見える。しかし、最後には消費者による支持力（プル）が業界での普及程度や市場空間への参入時期を決めることになるであろう。
「鶏が先か、卵が先か」の問題の他にも同じくらい重要な課題がある。それはグローバル規格のためにワイヤレスパワー業界が一丸となって協力し、取り組むべき課題である。サプライチェーンの開発・生産コストは大きな要素であり、ワイヤレスパワー技術の統合に悪影響を及ぼしかねない要素である。主要な立場にある企業同士が担うべき力とソリューションを結集しなければワイヤレスパワーの最初のポテンシャルでさえ実現できない。チップセットの製造業者と協力し、集団的にデザインソリューションを開発すれば、実施費用、安全性、効率、環境影響などの問題が緩和され、ワイヤレスパワーが繁栄できる環境ができあがる。

THE ECOUPLED^TM ソリューション

Wi-Fi Allianceの例に倣って、Fulton Innovation (Fulton) はワイヤレスパワーのグローバル規格を作って徹底させるため、Wireless Power Consortium、主要電子機器部門のマーケットリーダー、その他のワイヤレスパワー関連企業など広範囲にわたるパートナーと密接に活動してきた。当初は低電力範囲（5ワット以下）を対象にしたグローバル規格にする予定である。しかし、Fultonは中・高電力を対象にしたソリューションも持っており、企業には先進的アプリケーションを開発する機会が与えられ、広範囲の電源条件やブランドに対応できる相互運用性のあるワイヤレスパワーソリューション開発への門戸も開かれる。

表1：各種デバイスの待機電力の影響例. 

Fultonはワイヤレスパワーの開発およびアプリケーションの分野において取得済み、公開、出願中などの特許を世界中で400件以上所有し、中・高電力アプリケーションおよび低電力給電など多くの分野で主要な技術を持っている。

その点において、デバイスの待機電力は電源アダプタの製造面やエネルギー節約の面からも重要な関心事であり、ワイヤレスパワーソリューションの開発を促す重要な要因となる（ 表1を参照)。Fultonは超低待機電力と呼ばれる方式と有線式に匹敵する効率を組み合わせてワイヤレスパワーシステムの電力フットプリントを最小化している。 

Fultonは、デバイス類の給電や充電サイクルに関するユーザーの習性を基に、充電の利便性に加えて総合的な電力使用に視点を置いてシステムを設計した。すなわち、合計電力使用量の観点で考えるのである。実充電中に消費される電力よりも待機中に消費される電力のほうが実際に大きな関心事になる場合がある。通常充電の消費電力に比べて、待機状態での電力消費量が7倍にも達する可能性がある。消費者は可搬式デバイスに電力を使用したあと電源から切り離す不便さ嫌うという調査結果がある。超低待機電力方式ではこの処理が自動化される。電力消費を最小化すると同時に汎用性のあるワイヤレス電源機能を備えたシステムはインテリジェントワイヤレスパワーが実現しなければならない１部分である。待機電力が全体効率にいかに影響するか、その1例を下表に示す。

ワイヤレスパワーの効率は通例有線式の基本構造に照らして考えられているということにも注意する必要がある。そのことは正しい場合もあるが、一般的には、壁コンセントかソース給電か、コネクションとデバイスの電源装置、充電器、パワーマネジメントなどすべてが比較の影響要因となる。ワイヤレスパワーが有線式ソリューションに匹敵すると考えられるのはそうした理由による。超低待機電力のベースで比較すれば、ワイヤレスパワーのゆとりは更に増える。

表2：生産、流通、使用済み処理に関わる総エネルギー、石炭火力換算によるCO2排出量

また、1394 Trade Associationの技術報告書によると「エネルギーバンパイヤ（壁コンセントから電子デバイスを無数ぶらさげた状態）は給電機器を直列につないだようなもので、効率も30～40%と低い。ということは、接続されるデバイスが消費する電力の70%までもが浪費されることになる。不幸なことに、デバイスは電源を切っても電力を消費し続ける。」このように浪費されたエネルギーは、単に壁コンセントの非効率を問題にするだけに止まらず、廃棄されることによる環境への影響も見逃せない。2008年だけを見ても、世界で生産された外部給電機器は32億台にも及び、そのうち7億3700万台が米国へ出荷されている。更には、米国だけで4億3400万台の外部給電機器が用済みになる見込みで、そのうちリサイクルされるのは僅かに12.6%で、残りの3億7900万台は埋立地へ運ばれてしまう（表2を参照）。問題なのは、これらの廃棄デバイスが消えてなくなるわけではない。EPA（環境保護庁）によると、「これらの給電機器には有害な材料が使われており、回収できるコンポーネントが少ないためリサイクル業者にとっては魅力的ではない」、とのことである。

低・中・高電力アプリケーションの主要なIP開発に加えて、Fultonは、チップセット開発、画期的製品の加工・材料開発、サプライチェーンおよび流通経路管理など、それぞれの業界のリーダーとの関係を築き、Wireless Power Consortiumとはワイヤレスパワー規格で協力体制を築いてきた。

Fultonは世界中の消費者にとって最善かつ共通のソリューションを目指している。そのため、全世界の給電関連の限りないアプリケーションを対象にワイヤレスパワーの統合を推進するための作業と対話に電子機器製造業者、ワイヤレスパワー開発業者、高等教育機関、所管機関、その他関係組織などから広く参加を歓迎する。 

結論

ワイヤレスパワーは世界中の製造業者と消費者にとって新しい可能性を開いてくれる興奮的な新開地である。この新開地は多くの重要な市場分野と製品設計に大きな影響をもたらすであろう。更には、環境的節約をもたらし、人間とインフラのインタフェースを簡素化し、デバイスと補完品を併せたデザインとの交わり方も新しくするであろう。この技術が転換点を迎え、消費者全体による受け入れが実現するときには、直近のみならず将来の消費者ニーズをも予測して満足できる、汎用性と相互運用性のあるソリューションが最優先されなければならない。そのためには、エンジニアリングおよびデザインチーム、ワイヤレスパワーソリューションの提供企業、製造業者、それに所管機関のすべてが密接に協力し合うことが重要である。以上を実行することではじめて汎用給電機器としての能力が発揮され、ワイヤレスを真にワイヤレス化できるのである。 

DAVID W BAARMAN
ADVANCED TECHNOLOGIES ディレクター

David Baarman氏はFulton Innovation社のAdvanced Technologies部門のディレクターであり、eCoupled™インテリジェントワイヤレスパワーテクノロジーの発明主任です。Baarman氏はeCoupledテクノロジーの技術管理・開発およびFulton Innovation社の他の技術責任者です。 

Baarman氏はAmway社に1997年に入社し、eSpring™ 浄水器にインテリジェント誘導結合の利用を最初に開拓しました。Baarman氏は消費者向けおよび工業製品開発での20年以上にわたる統率経験を基に、eSpring技術を利用して消費者向け電子製品など日常製品の多様な電源ニーズに対応できる技術に発展させました。 

Baarman氏の努力により米国をはじめ世界がeCoupledテクノロジーを認識することとなり、2008年5月には以前の競争相手Splashpowerの買収につながりました。Baarman氏は米国および外国で取得済みもしくは申請中の特許を350件以上所有しています。

脚注：

1 Alliance for Universal Power Suppliesが2008年6月13日に開催した会議でのPowerPointによるプレゼンテーション「The Facts and Market Drivers（事実情報および市場ドライバー）」

2 Ken Greenburgによる｢Awash in Incompatible Power Supplies, Consumers Say Enough is Enough, New Green Plug Survey Reports（互換性のない給電機器であふれる、消費者は「もうたくさんだ」と言っている、Green Plug新調査報告）｣、Edge Communications－2008年5月27日。 info@edgecommunicationsinc.com.

3 WJR Consulting, Inc.社William Roseによる｢How Green is My FireWire?（自分のFireWireはどれくらいグリーンか?）｣、1394 Trade Association技術報告書より。 

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