09721@52RD_无线电力传输技术与应用之机会探索.doc

無線電力傳輸技術與應用之機會探索 作者： 龔俊光 產出單位：資策會MIC無線電力傳輸技術發展與突破目前，幾乎所有的電力皆必須經由有形的、彼此接觸的介面才能進行傳輸。不過，若是能利用無線傳輸技術來傳輸電力，那麼在使用電器設備時，將可以不必再受到電源線的牽絆，而在擺設位置上也能更有彈性，因此早在19世紀末即有相關的研究。就理論而言，無線電力傳輸是電磁感應和轉換現象的物理原理，可以透過電磁感應、共振、射頻及微波等方式達到無線傳輸。不過，無線電力傳輸的最大障礙在於傳輸距離與轉換效率，因為諸如電磁波輻射干擾、傳輸路徑受到阻礙等，皆會影響電力轉換效率，同時也不利於長距離傳輸。因此目前雖已有無線充電的電動牙刷產品問世，但仍必須藉由接觸充電底座的方式以進行充電。直到近兩年，才有麻省理工學院(MIT)的研究團隊及位於美國賓州Powercast公司有突破性的技術發展。麻省理工學院（MIT）以共振原理達到無線電力傳輸由美國麻省理工學院(MIT)的教授Marin Soljacic所帶領之研究團隊於2006年11月發起一項名為WiTricity（Wireless Electricity）的研究計畫，試圖研發出可以在數公尺距離內以無線方式傳送電力的技術。該研究團隊於2007年發表無線電力傳輸（WiTricity）研究成果，已能達成透過無線方式將電力傳送至兩公尺外並點亮60瓦燈泡。MIT的無線電力傳輸WiTricity採用電磁感應原理，其技術關鍵在於非輻射性磁耦合(Nonradiative Magnetic Coupling)技術之應用，MIT運用磁耦合技術設計一套磁場耦合共振器（Magnetically Coupled Resonators），該共振器即是利用兩個相同頻率的共振物體會產生很強的相互耦合原理，使達到電力傳送與接收。MIT所設計開發的磁場耦合共振器，主要為兩個直徑60公分具備LC電路特性的線圈，實際運作時，向其中一根線圈加載數MHz的交流電，使其周圍產生電磁場，藉由兩個線圈之間的電磁感應形成共振，以便向另一個線圈傳送電力，實現無線電力傳輸。目前，MIT研究團隊的最遠輸電距離只能達到2.7公尺，傳輸效率大約為40%。展望未來之發展潛力，根據麻省理工學院（MIT）之實驗研究，60瓦的電力足以供應電腦、手機、照明等各種家用電器產品的電力需求，而此項採用共振原理之無線電力傳輸技術將來可望達成3至5公尺傳送距離。因此，未來在辦公或家居空間內，只需要安裝1至2個電源發送裝置，就可以提供電力給整個屋裏的電器使用。Powercast 應用RF射頻傳送電力Powercast是位於美國賓州（Pennsylvania）的公司，該公司從2002年便開始開發無線電力傳輸技術，於2007年的CES展覽會中發表，目前已經達到了實用階段。Powercast開發出類似收音機、手機等所使用的RF射頻傳輸技術，將電力以無線電波方式發出，在接收端用天線接收以提供電力給接收端的電器設備使用。 Powercast主要是運用老式礦石收音機的收音原理，因為礦石收音機本身沒有直流電源，它是利用天線接收來自廣播電台的載波，經過檢波後使產生音頻電流。Powercast所開發的產品，其系統包含了Powercaster和Powerharvester模組。Powercaster為電力發送器，主要利用900MHz頻段，把能量用射頻發送到2公尺距離內的接收器上；而Powerharvester接收器，其尺寸約與硬幣一般，可以安裝在電子產品上，用以接收射頻電波，並提供電力給對應的電器設備使用。Powerharvester接收器所接收的電力可提供最高4伏的電壓，此電力效能已經足夠供給電力給各種電力消耗較低的小型電子產品使用（例如：MP3），其技術與相關應用產品已達商業化程度。Powercast所開發之技術已經獲得了FCC核准，並已經與飛利浦公司合作，於2007年下半年，開發利用此技術的照明應用產品。Powercast並在2008年陸續與各種電子產品公司合作開發，包括電腦周邊設備、遊戲機操縱桿等；此外並持續開發其他耗電量較低的電子產品，諸如手機、MP3、溫濕度感測器、醫療儀器、醫療植入晶片等應用產品的電源供應或無線充電產品。未來應用發展前景非接觸式充電提升手持式產品的應用方便性目前市面上已有電動牙刷可以實現不以插座接觸而進行充電的產品，其無線充電係利用電磁感應原理，只要將牙刷插入專用充電座即可進行充電，由於沒有使用外露式插座，因此可以增加在潮濕環境中的用電安全。手持式產品應用非接觸式充電方式，由於不必經過外露的插座進行充電，因此未來在手持式產品之外型設計將可以作到完全密封，提高產品之防水、防塵等功能。近期市場上已知有數家公司正在進行相關產品開發，例如：英國SplashPower公司推出的無線充電器Splash pads、Fulton公司應用共振感應技術開發可無線充電產品與充電器、Visteon公司預計開發可供手持式產品之無線充電器、Seiko Epson也開發出可進行非接觸式電力傳輸的高效能模組。然而，這樣的產品仍須使用專用充電座，且產品本身必須貼近充電座才能進行充電。MIT與Powercast的技術，則突破了距離限制，未來在充電應用上，不僅可以達到非接觸式充電，甚至只要將產品靠近有無線電力傳輸的範圍內，便能夠透過共振訊號或接收電波訊號，以自動進行充電。無線電力傳輸讓空間設計更靈活不論是在辦公環境或是家居生活空間，皆希望能使電器設備在安裝及佈線上能更方便，因此，網路通訊應用發展出無線網路通訊技術使網路線消失；此外，亦有其他影音專用之無線寬頻網路技術正陸續被開發，以達到利用無線網路傳輸高品質影音內容。然而，唯一無法擺脫的即是電源線，而無線電力傳輸的技術應用，將可以進一步達到無線的居住空間，使空間布置更為美觀。無線電力傳輸的應用，除了可以使家電設備獲得電源供應，並兼顧美觀設計之外，對於環境感測產品的應用與裝置更為有利。以往架設環境感測產品，總有密密麻麻的線路必須安置，雖然目前已有無線感測產品，但仍必須架設電源線；即便某些產品可以採用電池供電，但是仍然要隨時監控電池容量。未來若能應用無線電力傳輸技術，則無線感測應用產品將得以透過無線方式持續獲得電力供應，更能增加應用之方便性。WPC推動標準化、有助市場普及除MIT、Powercast投入相關技術研發外，TI德州儀器、NS美國國家半導體、飛利浦電子、三洋電機、ConvenientPower、Fulton Innovation、羅技，以及深圳桑菲消費通信有限公司等，8家業者已組成無線電力聯盟（The Wireless Power Consortium，WPC）。該聯盟之目的與願景，是推動無線電力傳輸技術之國際標準，以實現各廠商間電子產品充電之相容性，及提