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那福忠,知名電子出版專家、網路作家。
   
  無線充電
  那福忠 May 23, 2016
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   在手機普及之前,無線充電需求不大,研發的人不多,人手一隻、或幾隻手機之後,充電就成了每天深怕忘記的功課,於是有人研究把手機或行動電器隨手一放就自動充電,必然是全球的大市場,UBeam 就是一家有這樣理想的新興公司。幾年前成立,集資 2400 萬美元,研究的項目頗吸引人:既然電流不能在空氣中流動,聲音總可以流動吧,於是先把電流轉換成聲音,聲音傳電器再轉回電流,就無線的「連接」到需要充電的電器了。


(連線充電成為每天的困擾、無線充電該有多好?取自網路)

   聲音在房間裡不停的傳遞,不會太吵雜刺耳麼?當然不會,因為用的高頻率的音波,人的聽覺在 20 Hz 到 20 kHz 之間,Hz (Herz) 是每秒鐘的次數,也就是從每秒鐘震動 20 次到每秒鐘 2 萬次,超過每秒鐘震動 2 萬次的音波,我們就不會聽見。

   聲音是一種能量,所以可以轉換成另一種能量,轉換有很多方法,像是把一段氧化鋅細線夾放到兩個電極之間,音波的震動導致氧化鋅細線壓縮與放鬆,製造出可用的電流。UBeam 使用的技術細節不得而知,但其離職的工程師透露技術進展有限,到目前為止還沒有展示過樣品。

   無獨有偶,另一家製造「空中送電」的新興公司 Witricity,卻悄悄的開始生產了,用的是電磁波感應的傳統辦法,當電流通過一個線圈,所產生的電磁場就會讓鄰近的另一個線圈產生電流,無線電識別、近距離通訊都用這種方式讓被動端產生電流,開始通訊。現在市面上的無線手機充電器,就是運用這種方式,把手機放到連接電源的墊板上充電,但手機與墊板都需特製,也要受近距離對準位置的限制。

   但 Witricity 使用的不是傳統的電磁感應方式,是把雙方的線圈調整到特定的頻率,產生磁共振,放大了能量傳遞的範圍,可以把充電墊板隱藏在暗處,放在桌子底下、衣櫃裡,也就是手機、電腦等電器,只要安裝磁共振的裝置,隨處放在房間任何地方就自動充電,甚至不必從公事包拿出來也一樣充電。

   至於充電的效率,CEO Alex Gruzen 說自然不如直接插上電源,筆記本電腦是 70%、手機是 90%,但他說電動車如果停在線圈上面,充電效率可高達 92-94%,與插上電源的線路與電壓損失之後,兩者效率幾乎相同,明年預備進入電車市場。

   下圖是 WiTricity 提供的能量傳播示意圖,圓圈代表磁場共振器,左邊的共振器插上電源,藍線代表近距離磁場,黃線代表右邊共振器因共振,由左邊共振器近距離磁場產生的磁能,流動到右共振器,產生的電流點亮了一個燈泡,兩個磁共振器中間的方塊,代表導電的障礙物,磁場(藍線)可以繞過。

   WiTricity 擁有「高共振無線能量傳遞」(Highly Resonant Wireless Power Transfer) 、也就是磁共振的專利,與一般的磁感應不同,因為磁共振可以有效的傳遞能量到較遠的距離,而且不受位置與方向的限制。對技術細節有興趣的讀者,可以閱覽 WiTricity 網站的解說

   磁共振的系統設計有很多彈性,不需要每一電器有單獨的電源設備,用一具大型的磁共振電源,可以同時對多種電器供電,電源磁共振設備也可以依不同的需要,做大小、能量不同的設計。同時也有共振中繼器的設計,讓能量延長到更遠的位置。下圖就是一個技術設計示意圖,一個磁共振電源同時供應多種電器的能量。


(取自 maketecheasier.com)

   電器不用電線取得電源,自然是最大的理想,但在空氣裡直接傳送電流,仍受物理的限制,至少到目前還沒有突破。所以目前的無線傳送能量,都是間接的,先把電能轉換成另一種型態,經過空氣傳到電器,再回轉成電能。間接的能量型態有磁感應、磁共振、電磁波、光線如雷射,以及前面提到的音波。

   隨著需求的增加,科技的研發,也許有一天買來的家用電器,看不到電源線與電源插頭,就像今的筆記型電腦等電器,不再需要連線到網路。



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