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システムデザイン学部 电気电子工学科
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家电や自动车、鉄道システムを変革する「パワーエレクトロニクス」
电気を効率的に供给するパワーエレクトロニクス
冷蔵库やエアコンなどの家电製品は、昔のものに比べて最近の製品の方が、消费电力が少なくなっています。こうした家电製品の省エネを可能にしているのが「パワーエレクトロニクス」という技术です。パワーエレクトロニクスは、半导体を用いて电圧や电流、周波数を自在に制御する技术です。
电気製品は、电力でモーターを回すことで作动しますが、古い製品は、电源とモーターを直接つないでいるだけなので、モーターの回転数を制御することはできませんでした。一方、最近の製品は、电源とモーターの间に半导体を使った回路をつけ、环境に応じてモーターの回転数を自由自在に変えることができるため、电気をより効率的に使えるのです。
自动车や鉄道など、あらゆる分野に浸透
パワーエレクトロニクスは、家电製品のほか、自动车や鉄道、产业机器など、あらゆる分野で利用されています。例えば、ハイブリッド车は、减速时のエネルギーを利用してモーターで発电しますが、アクセルやブレーキの踏み方でモーターの回転を自由にコントロールする部分に、パワーエレクトロニクスが使われています。また同様に、鉄道でも、电车のブレーキをかけた际にモーターを発电机として作动させ、発生した电力を架线に戻し、ほかの电车で使う仕组みが採用されています。これを可能にしているのも、パワーエレクトロニクスの技术です。
技术の进化には、半导体以外の要素の改良も必要
このようにパワーエレクトロニクスは、电気エネルギーの効率的な利用に欠かせない技术で、その要となるのが半导体であることから、新しい半导体の开発が积极的に进められています。しかし、技术の向上には、半导体以外の要素の改良も欠かせません。パワーエレクトロニクスの回路には、コイルやコンデンサも大量に使うことから、コイルの巻き方や使い方の见直し、コンデンサの长寿命化なども取り组むべき重要な课题となっているのです。
「スマートシティ」実现の键を握る、电力の制御技术
电力の有効活用で环境にやさしい街をつくる
「スマートシティ」という言叶を闻いたことがありますか。スマートシティとは、滨罢や环境技术を駆使し、地域全体で电力を有効利用することで、环境负荷の少ない都市を意味します。具体的には、地域内で発电した太阳光や风力などの再生可能エネルギーを电気自动车や蓄电池に贮め、使う场合は省エネ家电などで无駄なく使うことで、エネルギー効率のよい生活を実现し、温暖化ガスの排出を抑える都市のことです。
电力の流れを制御するパワーエレクトロニクス
スマートシティを実现する上で大きな役割を期待されているのが「パワーエレクトロニクス」です。パワーエレクトロニクスとは、半导体を用いて电圧や电流、周波数を自在に制御する技术のことで、电気の効率的な利用を可能にするものとして、すでに、鉄道やハイブリッド自动车、家电、产业机器など、さまざまな分野で利用されています。
太阳光発电や风力発电などの再生可能エネルギーは、発电量が天候に左右されるため、その出力の制御が难しく、电力网に组み入れると、电力供给の不安定化につながると危惧されています。しかし、パワーエレクトロニクスを使えば、电圧や电流、周波数を自由に変えることができるため、不安定な再生可能エネルギーを制御することで、地域内での电力流通をより安定的かつ効率的に行うことができるのです。
新しい半导体や回路の开発が课题に
期待が集まるパワーエレクトロニクスですが、その活用にはまだ课题もあります。まず、パワーエレクトロニクスの要となる新しい半导体は开発されたばかりで、まだまだ改良の余地がたくさんあります。また、新しい半导体の性能を生かせる新しい电気电子回路の设计も必要になります。したがって、この技术を使いさまざまなタイプの电力をコントロールできるようになるまでには、もうしばらく时间がかかりそうです。しかし、いずれこうした技术が开発されれば、电力供给の在り方は、これまでと大きく変わることでしょう。
高校生?受験生の皆さんへのメッセージ
电気や电子の学问分野は、これからの产业を考えると极めて重要な学问だと言えます。
例えば、かつて自动车产业に必要な知识は、机械工学が中心でしたが、最近は、自动车の大部分が电気で制御されていることから、电気の知识が重要になっています。また、ロボットや新エネルギー、情报通信などの分野でも电気の知识は欠かせません。もしあなたが、将来、こうした分野に进みたいと考えるなら、ぜひ、私の研究室に来て一绪に勉强しましょう。
梦ナビ编集部监修
