2007年10月8日 星期一

無線取代有線 拓展無線傳輸電力時代

科技新知-無線取代有線 拓展無線傳輸電力時代

如果說,今日隨處可見的電源插頭一旦消失不見,可千萬別太驚訝,因為用在供應電器設備的插頭及電線,未來很有可能被 「無線」技術給取代。基本上,幾乎所有充電或實際進行傳輸電力時所必須要使用到的有形介質,如:金屬纜線做為主要導線才能得以進行;不過,當我們在使用短 距離電力傳輸時,卻也增加了實際拉線的煩瑣過程,使得需要以電力作為動力的電子、電器設備,其擺設位置肯定會受到影響。因此,當類比式的有線通信技術發展 到了無線的通信應用時,若可研發出更為優良的無線介面以及無線插座,實現不受外物影響的有效電力傳輸,且可藉由無線的傳輸技術方式來達到電力的傳輸,那麼 在使用這些電器設備時,必定能更加得心應手。

圖說:無線傳輸技術發展快速,逐漸取代有線傳輸應用;不過,在電力傳輸技術上,遲遲不見電力傳輸「無線化」。(資料來源:www.my-hiend.idv.tw


因此,「無線電力傳輸」(Wireless Power Transmission;WPT)發展構想就產業界被提出來,這是在過去想都不曾想過,但…事實上卻是可能發生;就理論而言,只要應用在交流電所產生的 時變電磁場,便能將電力給傳送出去。不過,由於空氣密度大小與阻力關係,電力在進行傳輸時有幾項問題必須要有所克服;比方說,在較低空氣密度之下,便能拉 長無線電力傳送距離,又或者增加電壓也能夠增加無線電力傳送距離。


過去,在加拿大曾經有位科學家試著利用微波電力(類似電 磁爐原理)的超高頻,以接收端的轉換界面作為傳輸電力使用,利用架設在地面微波站以微波的方式傳送給在空中的搖控飛機,飛機將微波轉成電能,獲得的電力來 帶動馬達飛行。不過,還有諸多問題尚未解決,比方說:電力轉換效率、傳導路徑不能受甘擾、外來電磁波輻射干擾及安全上的顧慮…等。也許運用無線傳輸技術來 達到傳送電力之效,就理論上的論點或許可行,但是必須先針對上述癥結有一完善的對應之道,以解決可能遭遇技術門檻。


根據英 國廣播(BCC)報導指出,採用無線電力傳輸技術的發展概念是來自於具有數百年歷史的物理學原理;至今雖然還未有專屬於無線電力傳輸的研究團隊,更依據相 對簡單的傳輸系統,將電力傳送到電子、電器設備的實驗測試及電腦模擬系統,一致表示無線電力傳輸成功的可能性不低。其主要原理是運用「電磁波共振理論」, 在特定頻率的範圍下共同造成某個物體振動現象。就像音頻共振,在兩個不同物體振動產品音頻相同時,就會出現共振現象,兩者便會自然結合在一起。


同 理可證,若將音頻振動原理運用在電磁波共振上,包括:無線電波、紅外線、X光等,雖然利用電磁輻射系統不適合作為電力傳輸、轉移之用,容易形成散播大量電 力浪費在空中。不過,麻省理工學院(MIT)發展出一套「非輻射性」物體具有長時間共振特性,一旦物體在獲得輸送電力時,便會附著在物體上形成具有電力的 閃爍狀態,也不會散播過多電力在空氣中。此時,只要在接收端設計出具有長時間共振金屬天線,以同樣頻率進行共振效應,就可以將電力傳送另一端電子、電器設 備上,即使少數散落在空氣中的電力也會被重新吸收。據該實驗室中研究後發現,這項共振電力無線傳輸技術至少具有3至5公尺傳送距離,十分適合用在家庭用等 相關電器產品中。


在實際應用方面,在日本幕張所舉辦「CEATEC JAPAN 2006」展會上,日本TOKO展出了無接點電力傳輸系統「TCC15-0001」,這套系統的輸出端電力為7V、400mA,當收、發線圈兩者之間距離 為4mm時,輸電效率最大可達到50%,將可作為手持式設備快速充電之用。目前TOKO已推出為無接點電力傳輸系統的電話子母機充電設備,雖然該設計的輸 出電力只有5V、100mA,不過也具有50%的輸電效率,該技術特點是在接收端線圈中沒有設置鐵芯,而改用直徑20mm線圈,不僅效率相同,更降低了成 本及重量。








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