日本电动车无线充电：针对电磁场进行人体防护

　　计划在长野县实际投入使用
   　　WEB-3除了在埼玉县早稻田大学的本庄校园使用外，还计划2011年度在长野县长野市实际投入使用。另外，2011年度将制造“WEB-4”巴士，并实际利用这两辆车，确认保养和检查的情况以及运行上是否存在问题等。预定在长野市运行3年。
   　　此外，在早稻田大学的本庄校园，巴士停车场上方设置了太阳能电池，可利用太阳能电池发电的电力通过无线供电系统为巴士充电。
   　　本庄校园的电池利用方法独具特色。那就是利用了电池“第二生命（Second Life）”的充电站实证试验。我们预计，几年后将出现大量的EV电池二手产品。这些二手产品很难再用于EV，但可用于定置用途。因此，我们在本庄校园设置了与巴士配备的电池相同的定置用途电池，用于实证试验。其实是想使用二手产品，但由于目前还没有二手品，因此使用了新品。如果这期间巴士的电池寿命到头，我们打算作为定置用途使用。
   　　针对电磁场进行人体防护
   　　电磁感应方式的频率为50Hz～200kHz。日本总务省电波防护准则的对象频率为10kHz～300GHz，我们的开发品目前采用22kHz，在防护准则的对象范围之内。磁共振方式在20kHz左右会引起磁共振，所以范围设定在了约15MHz以内。此外，电波方式中微波为2.45GHz，激光方式为375THz。
   　　所有情况下的频率都要比光低。如果高于光的频率，就会像X射线一样对人类的基带来影响。即使是在光中，紫外线等也可能会导致皮肤癌，最近听说，接听手机时会对头部造成影响等。我个人认为，无线供电利用的频带对人体的影响大部分是热量方面的，最多只会感觉比较热而已，不过当然还是没有电磁波最好。
   　　因此，我们围绕国际非电离辐射防护委员会制定的电磁场人体防护指南ICNIRP指针进行了探讨。
   　　例如，在电动巴士上配备我们开发的22kHz频率、30kW无线供电系统时，从线圈的截面来看，一次侧和二次侧之间的磁场强度非常高。磁场强度在近场以立方比例衰减。因此，约100mm远位置的强度为72μT。虽然日本没有规定，不过德国规定心脏起搏器的最大容许磁力线密度为66.5μT。所以，需要离开100mm以上的距离。
   　　1998年版ICNIRP针对普通公众的标准值更为严格，为6.25μT。即需要离开约300mm远。因此，我们设置的线圈使外壁在300mm以外处，尽量减小了对人体的影响。
   　　不过，2010年11月ICNIRP指针进行了部分修改，规定放宽很多，100kHz以内频率的最大容许磁力线密度为27μT。这表示离开约150mm左右的位置即可，对我们而言，更容易采取对策了（图13）。
    　　
   　　图13：对漏磁场有规定
   
   　　计划在长野县实际投入使用
   　　WEB-3除了在埼玉县早稻田大学的本庄校园使用外，还计划2011年度在长野县长野市实际投入使用。另外，2011年度将制造“WEB-4”巴士，并实际利用这两辆车，确认保养和检查的情况以及运行上是否存在问题等。预定在长野市运行3年。
   　　此外，在早稻田大学的本庄校园，巴士停车场上方设置了太阳能电池，可利用太阳能电池发电的电力通过无线供电系统为巴士充电。
   　　本庄校园的电池利用方法独具特色。那就是利用了电池“第二生命（Second Life）”的充电站实证试验。我们预计，几年后将出现大量的EV电池二手产品。这些二手产品很难再用于EV，但可用于定置用途。因此，我们在本庄校园设置了与巴士配备的电池相同的定置用途电池，用于实证试验。其实是想使用二手产品，但由于目前还没有二手品，因此使用了新品。如果这期间巴士的电池寿命到头，我们打算作为定置用途使用。
   　　针对电磁场进行人体防护
   　　电磁感应方式的频率为50Hz～200kHz。日本总务省电波防护准则的对象频率为10kHz～300GHz，我们的开发品目前采用22kHz，在防护准则的对象范围之内。磁共振方式在20kHz左右会引起磁共振，所以范围设定在了约15MHz以内。此外，电波方式中微波为2.45GHz，激光方式为375THz。
   　　所有情况下的频率都要比光低。如果高于光的频率，就会像X射线一样对人类的基带来影响。即使是在光中，紫外线等也可能会导致皮肤癌，最近听说，接听手机时会对头部造成影响等。我个人认为，无线供电利用的频带对人体的影响大部分是热量方面的，最多只会感觉比较热而已，不过当然还是没有电磁波最好。
   　　因此，我们围绕国际非电离辐射防护委员会制定的电磁场人体防护指南ICNIRP指针进行了探讨。
   　　例如，在电动巴士上配备我们开发的22kHz频率、30kW无线供电系统时，从线圈的截面来看，一次侧和二次侧之间的磁场强度非常高。磁场强度在近场以立方比例衰减。因此，约100mm远位置的强度为72μT。虽然日本没有规定，不过德国规定心脏起搏器的最大容许磁力线密度为66.5μT。所以，需要离开100mm以上的距离。
   　　1998年版ICNIRP针对普通公众的标准值更为严格，为6.25μT。即需要离开约300mm远。因此，我们设置的线圈使外壁在300mm以外处，尽量减小了对人体的影响。
   　　不过，2010年11月ICNIRP指针进行了部分修改，规定放宽很多，100kHz以内频率的最大容许磁力线密度为27μT。这表示离开约150mm左右的位置即可，对我们而言，更容易采取对策了（图13）。
    　　
   　　图13：对漏磁场有规定
   
   　　在模拟结果中，驱动频率为20kHz时，心脏起搏器的最大容许磁力线密度降至66.5μT以下是在100mm附近（a）。在实测结果中，巴士的车内外均低于ICNIRP规定的6.25μT（1998年版）（b）。
   　　需要采取对策应对电波法
   　　在日本国内，大型无线供电装置相当于电波法第100条等规定的高频利用设备。频率在10kHz以上、功率超过50W的设备设置时需要申请许可。而且，100m远处的电场规定值为1mV/m以下且高频输出功率为500W以上时，30m远处的电场规定值需要在√（P/500）mV/m以下。P表示装置的输出功率。
   　　要想符合该规定数值相当困难。我们在电波暗室和屏蔽室获取了数据，提出了许可申请。
   　　另一方面，也有即使功率超过50W也无需设置许可的设备。即获得了型号指定和型号确认认证的设备。型号指定设备有超声波加工机和采用电磁感应加热的复印机等。型号确认设备有电磁炉、微波炉以及“Suica”等无线标签读取装置。将来，需要推动无线供电装置也作为这种无需设置许可的设备设置。
   　　此外，要想使EV无线供电系统实现实用化，在道路上设置也需要申请许可。在道路上设置需要符合道路法第32条的规定。另外，道路使用许可在道路交通法第77条中有规定，需要获得所属公安局及道路管理者的许可。
   　　不过，目前的情况是道路要求还没有完全确定。今后需要制定相应指南，例如必须耐受多少吨的重量以及滑移率和防水性等。