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[科技生活] 丟掉充電器:無線充電技術介紹

  post by kandance 

Mp3/Mp4隨身聽、手機、數位相機、筆記型電腦等,你有幾個小型隨身3C商品?當這些設備需要充電時,每個不同的接頭、插座讓人感到很頭大。

當你看到房間的插座上,被每個充電器塞滿滿的,每次找接頭也頗花時間,不僅麻煩且不美觀。如果有一個桌子,只要把這些3C商品,放到桌上就能開始充電,這該有多好?   

 

無線充電桌介紹

在台灣,台北科技大學的吳弘緯教授正著手一項「無線充電桌」的創新研發,可以滿足人們這樣的需求。只要把需要充電的物件放上桌,以軟性電子正負接點直接連接電池對應極,該充電桌就就能夠自動以300mA的電流供電,大大小小的轉接頭跟插座都可以收起來了!

或許未來各種公共場合,譬如火車站、捷運站、觀光景點等都有一張這種桌子,那麼我們就不用擔心害怕旅途中手機或是相機沒電,隨時都能享受科技帶來的樂趣!

圖:無線充電桌雛型

 目前所設計出的無線充電桌共分成三層,最下層將輸入的電流傳到第二層的陣列,並有晶片控制陣列輸入與否(不使用的陣列區即斷電),第二層的陣列再將電流傳到第三層的線圈,連接欲充電的電池連接線圈和電路板的正負極,就能開始充電。

Epson推出無線充電器產品

無線充電桌的原理,透過線圈跟電路板進行電流的傳遞,另外也有廠商利用電磁感應的方式設計出類似的產品。透過線圈充電後產生磁力,另一線圈感應後也產生磁力,磁場變化而產生電力。但透過電磁感應,會有過熱以及接近的金屬物品也跟著發熱的問題,但透過技術的改進以及機體ID的辨識皆已獲得改善。目前Epson已販售無線充電座AT25,還可對應Samsung OMNIA手機,達成無線充電的目的。

 

圖:無線充電產品示意圖

圖片來源:http://www.epson.jp/device/semicon_e/product/at/

 

圖:無線充電產品應用層面

圖片來源:http://www.epson.jp/device/semicon_e/product/at/

 

RFID也是一種無線供電系統

RFID也是利用相同線圈感應技術,譬如台北捷運悠遊卡,或是一些大樓門禁管理系統,都是透過讀取器發出特定頻率電波,讓卡片上的線圈對這個頻率的電波起反應,線圈的兩端就會出現電壓,推動卡片上的電子系統,進而傳遞密碼資訊。  

捕捉空氣中的電波來進行充電?

我們身邊充滿了各種頻率的無線電信號,若能將空氣中各種不同頻率,不同來源的電波信號轉換成電力,那麼不管走到哪裡手機都可以充電,甚至連充電器跟插座都不需要了!以這種技術來說,他是從四面八方不特定的地方蒐集能量,跟悠遊卡是從特定讀卡機收到電力不同,所以有個專有名詞「Energy Harvesting」或是「Power harvesting」;對不特定來源進行電力的收割。

NOKIA想到這點,若是我們能夠透過手機天線來進行這件事情,那麼待機時間將可延長。但既然想用無線電信號充電,自然會想要不管何種頻率的信號都可以收集。但是受到手機尺寸的限制,不可能一支手機上有很多條天線,這是最大的困難。

這項技術第二個問題是,要多久才能夠從空氣中蒐集到足夠的電力講一分鐘電話呢?在Nokia的實驗雛型中,我們能從空氣中收集到的電力大約是3-5mW的能量,只能點亮一個小LED燈,很明顯的電力不足。手機維持在待機狀態至少需要電力20mW,但這也代表Nokia必須要提升「空氣捉電系統」性能十倍以上才行。或許在不久的未來,我們能透過空氣充電也不一定! 

各種無線充電技術

另外,有一種壓電材料Piezo,只要改變它的形狀,兩端就能產生電流。這項技術一直被詬病電流太過微弱,且透過壓力來產生電力的方式,很難應用在日常生活當中。當然日本人有把它做成很大張,讓大家在上面踩來踩去產生電力,但你手機沒電時還要找一堆人來踩來踩去,實在太辛苦啦。

另外,也有透過溫差來產生電力的方式「熱電效應Thermoelectric effect」,將收及溫度的材料貼在具有溫度的物體上搜集電力。有人就想到,人體不是恆溫嗎?這種材料貼在人體上發電似乎可行,但後來發現能蒐集的電量太微弱了,加上冬冷夏熱(冬天會吸收體溫,夏天會產生悶熱),所以也停留在概念階段。

小結

隨著科技的進步,越來越多產品的電力需求增加,譬如智慧型手機,一但開了3G上網加上GPS定位,幾乎半天就會沒電。除了購買電池或是隨身攜帶充電器之外,我們也看到越來越多無線充電技術的發展,現在便利商店也提供充電設備,顯見未來會有越來越多相關發展,值得我們引頸期待。

 

參考資料

1.無中生有的手機充電技術,S.Roach,DIGIHOME雜誌,2009年8月

2.隔著空氣幫您的手機充電:無線充電技術 http://myn0122.pixnet.net/blog/post/23635471

3.Epson無線充電產品 http://www.epson.jp/device/semicon_e/product/at/

4.Piezo說明 http://en.wikipedia.org/wiki/Piezoelectricity

5.熱電效應說明 http://en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

 

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