電磁誘導方式ワイヤレス充電

水に浮かべたおもちゃの船のすぐ横で手を激しく振ると、波が立って船が自然と揺れますよね。船に直接触れていないのに、「波」を介して手の動きが船まで伝わったのです。

ワイヤレス充電器もこれと似た仕組みで電気を送っています。充電パッドとスマートフォンの内部には、細い銅線をぐるぐると巻いた「コイル」がそれぞれ1つずつ隠れています。充電パッド側のコイルに電流を流すと、目に見えない磁場の波がパッドのすぐ上の空間に生まれます。ただし、本物の波のように遠くまで広がるわけではなく、ごく近くでのみ作用します。

スマートフォンのコイルがこの磁場の波を受けると、魔法のように内部で新たな電気が作り出されます。金属端子同士が直接触れ合わなくても、磁場が見えない架け橋となって電気を手渡してくれるわけです。

おかげで、小さな端子の穴を探してケーブルを挿す煩わしさがなく、パッドの上に置くだけで手軽に充電をスタートできます。

この現象のベースには、19世紀の科学者ファラデーが発見した電磁誘導の法則があります。導線（電気が通る線）の周りで磁石の力や磁場の強さがすばやく変化すると、導線の中にある電荷が押し出され、自発的に電流が流れるという物理の法則です。

スマートフォンの充電パッドは、磁石を手で物理的に動かす代わりに、向きが1秒間に数十万回も切り替わる交流電気をコイルに流します。電気の向きが絶え間なく変化すると、コイルの周りの磁場も激しく揺れ動くことになります。

スマートフォンの受信コイルは、このように揺れ動く磁場の刺激を受けて電気を生み出します。より正確に言えば、電気を空間越しに直接投げつけているのではなく、磁場の素早い変化を引き起こすことで、スマートフォン自身に電気を作らせるよう誘導する技術なのです。

こうして生まれた誘導電流は、適切な変換回路を経てスマートフォンのバッテリーへと安全に蓄えられます。

ワイヤレス充電を使っていて、スマートフォンが充電パッドの中心から少しズレただけで、充電が止まったり速度が落ちたりした経験はありませんか？ 電磁誘導方式は、コイル同士の間隔がわずか数ミリメートル程度と、極めて近いときにしかエネルギーを効率よく伝えられないからです。

2つのコイルの距離が離れたり中心軸がズレたりすると、磁場を共有する結びつきが弱まり、送電効率が落ちてしまいます。すると、同じ電力を送ろうとしてパッド側がより大きな電流を流すことになり、その結果、コイルや回路、周囲の金属部品でのエネルギー損失が増えて発熱が大きくなります。

最近のスマートフォンで、背面にリング状の磁石を内蔵して充電器にピタッと吸着する仕組みが登場したのもこれが理由です。磁石の力で2つのコイルの中心を正確に合わせることで、エネルギー損失と発熱を最小限に抑える賢い工夫なのです。

また、充電パッドと端末の間に小銭などの金属ゴミが挟まると、急激に熱くなってしまう危険があります。そのため、Qi（チー）規格などの多くの充電器には金属異物を検知して自動停止する安全機能が備わっていますが、すべての充電器に備わっているわけではないため、金属類は必ず避けて置くのが安心です。