ワイヤレス充電の有効な使い方

ワイヤレス充電が便利!って思ってる方がどのくらいいるのか知りませんが、僕的にはあまり魅力を感じていません。

でも、効果的にワイヤレス充電を使うにはどうすれば良いか?

纏めてみます。


1.スマホとワイヤレス充電器の距離関係

ワイヤレス充電ってのはコイルの電磁誘導で電力を伝えています。

この時スマホとワイヤレス充電器の距離関係を調べてみます。

これと

このワイヤレス受電テスターの組合せで調べてみます。これは5W固定出力の負荷になります。

 

ワイヤレス充電器のとワイヤレス受電テスターの間にアクリル板を挟んで距離を伸ばしながら

受電テスターの表示とワイヤレス充電器んい接続したAC充電器出力を記録していきます。

受電テスター表示 AC充電器出力
0mm 5.10V/0.86A 11.71V/0.60A
2mm 5.11V/0.86A 11.71V/0.63A
3mm 5.11V/0.86A 11.69V/0.63A
4mm 5.11V/0.86A 11.66V/0.66A
5mm 5.10V/0.86A 11.66V/0.67A

出力は距離にかかわらず安定していますが、距離が大きくなるとAC充電器出力が大きくなります。

これはワイヤレス変換ロスが大きくなり効率が悪くなっていることを示します。

(誤解しがちですがAC充電器出力が大きければ良いってわけでは無いってことです)

つまりケースは充電速度にはあまり影響されない(経験上ケース厚3mm程度まで。5mmはダメな物が多いです)

そして、ケースは無い方が効率よく充電出来ると思います。

稀に共振点に対して近すぎて効率が悪いなんてワイヤレス充電器があるかもしれません・・・・

その時は、ケース入れると良くなるかもしれませんが、そんな物は製品化しないでしょう。


2.スマホを置く位置でどのくらい違うの?

スマホの中心(コイル)と、ワイヤレス充電器の中心(コイル)が一致しているのが一番良いです。

でもどちらもコイルの中心は見えないので分かりません。

それにいつもコイルの中心を一致させるように気を使って置かないといけない?

 

では配置でどの程度変わるのか?

コイルの中心を一致させた状態から、スマホを上に5mm、10mm、15mm、20mmと移動してみます。

受電テスター表示 AC充電器出力
中心 5.10V/0.88A 11.70V/0.60A
5mm 5.10V/0.88A 11.72V/0.61A
10mm 4.71V/0.79A 11.73V/0.62A
15mm 0.09V/0.06A 11.66V/0.18A
20mm 0V/0A 11.66V/0A

5mmくらいの位置ずれなら出力代わりなく許容しています。ただし効率が悪くなった分、AC充電器出力は若干上がっています。

10mmになると出力にも低下が見られます。

15mmはほぼ出力無しです。

と言うことで適当に置いても良いですが、スマホとワイヤレス充電器の中心同士の位置ずれは、10mmくらいまでで考えましょう。


3.デュアルコイルのワイヤレス充電器だと位置ずれを許容できるか?

デュアルコイルにすると範囲が広くなるのか?

デュアルコイルのこのワイヤレス充電器で試してみます。

 

どうやって確かめるか考えてみました。

コイルはこんな感じで配置されています。

 

 

中心にある空間は20mm x 28mm程度。

単純にこのコイルの中心辺りが一番出力が大きくて効率が良いポイントです。

2.の結果より10mm外れると出力が下がり効率が悪くなります。

と言うことは、中心から10mm程度の円と15mm程度の円を描くと

内側の10mmの円が効率良く使える範囲。

外側の15mmの円はギリギリで使える範囲。

ということになります。

 

では実際にこの円を外れた場合どうなるか?やってみました。

徐々にずらしていくと・・・

15mmの円から外れて20mm近くに移動すると出力がほぼ無くなりました。

つまりデュアルコイルは範囲を広くするということよりも縦置き横置きの両方に対応しているようです。

そう考えるとコイルの向きもそんな感じです。

 

iPhoneを例に。ワイヤレス充電に対応したモデルで

・一番小型モデルのiPhone8が縦の長さ138.4mm

・一番大きいiPhone11pro maxが縦の長さ158mm

コイルがiPhoneの中心にあると想定すると

・iPhone8が下から69.4mmの位置にコイルの中心

・iPhone11pro maxが下から79mmの位置にコイルの中心

私の見た感じでは、このワイヤレス充電器の縦置きの時のコイルの中心は下から75mm程度の位置にありそうです。

と言うことは、

iPhone8の69.4mmの±10mm以内にワイヤレス充電器の75mmが入っている。

iPhone11pro maxの79mmの±10mm以内にワイヤレス充電器の75mmが入っている。

のでこのワイヤレス充電器は良い位置にコイルがあるってことでしょうか?

設計してる人凄いですね、(当たり前か・・・)


4.充電速度と温度の関係

これはデータとして出すのが面倒なので理屈だけ。

ワイヤレス充電は、室温25℃と室温35℃で充電すると全然速度が変わります。

またiPhoneを例に

 

例えば

・室温35℃だと7.5W充電を10分程度しか継続できず5W充電になります。満充電まで4時間。

・室温15℃だったら1時間半7.5W充電が出来ます。満充電まで3時間。

このぐらい違います。

と言ってもiPhoneベースで考えても7.5Wか5Wなので1.4倍以下ですが・・・

 

何故そんなことが起きるのか?

 

スマホの充電電流はあくまでスマホが要求している電流を、充電器は出力しているだけです。

・iPhoneが7.5W(9V0.83A)くださいと言って来れば、ワイヤレス充電器は7.5Wを出力する。

・iPhoneが5W(9V0.55A)くださいと言って来れば、ワイヤレス充電器は5Wを出力する。

のです。

ではiPhoneは何故7.5Wを要求したり5Wを要求したりするのか?

その要因の一つがiPhoneの自信の温度です。

ワイヤレス充電の時は、iPhoneが発する熱とワイヤレス充電器が発する熱がワイヤレス充電器の上で密接した状態になります。

iPhoneの背面としては熱の逃げどころがないので熱が籠ることになります。

発熱が規定の温度より高くなると、iPhoneは自分を守る為に充電電流を低くする。

このせいで7.5W充電から5W充電に切り替わる動作が起きています。

それと室温がどう関係するのか?

室温が5℃高くなれば、iPhoneの温度も5℃高くなります。

室温が20℃高くなれば、iPhoneの温度も20℃高くなります。

室温が高くなるとiPhoneは充電電流を低くする温度に早く到達するのです。

分かりにくいですね・・・・

とりあえずワイヤレス充電は室温の低い部屋でやりましょう。

同じように、発熱したiPhoneの温度を下げるために、扇風機などで風を当てても温度が下がることに繋がり充電速度は速くなります。

ポイントはワイヤレス充電器ではなくiPhoneなどの端末を冷やすことです。


と言うことで纏め

・ケースは薄い方が良いけど、厚さ3mmくらいまでなら充電の速度には影響しない感じ

・コイルの中心同士を一致するように心がける。でも±10mmくらいは許容範囲かな

・Dual Coilはどこに置いても良いためではなく、縦置き、横置きが目的っぽい

・端末の温度を下げるためワイヤレス充電は涼しい部屋でやりましょう。風を当てるのも効果的

って感じです。

概ね合ってると思いますが、こんな感じって程度で。

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