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星期四, 8月 04, 2011

無線充電技術介紹

無線充電技術介紹

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?

無線充電示意圖


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/



Gear4 PowerPad




POWERMAT™無線充電器


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

無線充電技術分4種


目前無線充電器是由2部分組成,一是充電器(發射端)另一部分是充電板(接受端)。美國的戴爾(Dell)電腦公司,在去年9月間推出一款內建無線充電板筆 電,讓使用者可利用無線充電。若無內建充電板電子產品,則可採無線充電器廠商提供充電板,來達成無線充電功能。

目前有4種無線充電技術,包括電磁電感(Magnetic inductive)、電導(Conductive)、近場磁阻(Near-field magnetic resistance) 以及遠場磁阻(Far-field magnetic resistance)。而電磁電感技術是目前普遍採用技術。

此技術是利用電磁感應原理,在接收端的線圈感應電磁場產生電流,對被充電的設備進行充電。電磁電感技術獲得半導體廠商、電子產品製造商、配件製造 商及零售業者廣泛支持。2009年成立的Powermate公司是電磁電感技術的強力支持者,這家位於密西根州的美國公司,在2009年以62%的市佔 率,穩居全球第1大無線充電器公司。


發展仍待技術統一


電導技術是由WildCharge公司所開發,目前將此技術授權給金頂電池使用。近場磁阻技術有半導體巨擘 英特爾公司,及無線通信大廠Qualcomm支持,而遠場磁阻技術尚有安全及健康顧慮,目前還沒有商業化產品。

大部分公司原本皆不認為能很快將無 線充電商業化,直到今年有數家重量級公司開始檢視生產無線充電產品可行性,這些公司包括德州儀器、ST-Ericsson、Nokia、RIM及羅技 (Logitech)等公司。

雖無線充電市場從今年起會快速成長,但仍須好幾年時間,讓廠商將此功能內建在產品上。這需要解決將無線充電功能整合 在印刷電路板技術及降低成本。另一重要瓶頸是建立統一無線充電標準,讓不同廠商產品能互通使用。

惟有建立統一開放無線充電標準,方能讓消費者放心 採用,同時也可讓產業有健康環境,有助成本降低。

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。


無線充電標準首次出爐

勁量將推出採用此標準的充電器,可以一次對兩台智慧手機充電,主體售價約為100美元,轉接到iPhone、黑莓機的器材售價約在30-40美元。

無線電源聯盟在上週六公佈第一個標準並取名為「Qi」(氣),可以將需要充電的設備放置在一個平板上充電,最高功率為五瓦。該聯盟並並將開始發展下一個標準,最高功率為120瓦,足以對筆記型電腦等中度耗電設備充電或提供電源。

目前「Qi」規範為五瓦電力,主要是針對手機、藍牙耳機等設備充電。充電的平板可以嵌入桌面,將待充電設備放在平板上即可充電,類似前Palm公司所推出的手機無線充電裝置。勁量將推出採用此標準的充電器,可以一次對兩台智慧手機充電,主體售價約為100美元,轉接到iPhone、黑莓機的器材售價約在30-40美元。

無線電源聯盟耗費18個月才確定這個標準,會員以外的公司要到八月底才能取得標準內容,產品需經過獨立實驗室驗證以取得「Qi」的標章。目前主要的手機廠商如Nokia、HTC等均已經加入會員。

該聯盟並未針對「隔空」無線充電提出標準,主要因為效率太低,其次是大眾對強力磁場還是有所忌諱。接收器直接接觸磁場的模式效率較高,也減少磁場對其他物品的影響。

由於無線充電/電源技術日漸成熟,為避免設備只能使用特定廠商的技術或產品,讓各家產品無法通用,所以該聯盟推出標準,以利推廣無線電源。iSuppli在六月底曾經預估今年無線電力的市場規模約為360萬美元,到2014年則可能成長至2.349億美元。(編譯/沈經 2010-07-27)


無線充電無法避免的安全課題

「無線充電最近受到關注,主要還是因為它近期的突破性發展。」UL台灣諮詢事業發展經理陳立閔表示,無線充電並非甚麼新興技術,但隨著近幾年技術成熟,無線充電才重新站上檯面,成為一項「顯學」,「科技的發展,的確是需要天時、地利、人和才能成功的。」

陳立閔指出,相對於一般充電,無線充電之所以有竄出的機會,並不是沒有原因的。在成本的考量上,由於無線充電不需要導線及連接器,在近年來銅料成本的高昂,以及日益嚴峻的環保要求,無線充電成為一項新興的選擇;而在安全性的考量上,由於其不需要牢固接觸,不但可以解決充電器與待充物鬆脫所造成的危險,也因為其密封的架構,可以避免漏水或接觸導電體而發生觸電的問題。

他分析,無線充電的原理簡單來說,就是透過磁場的變化產生電力的「電磁感應定律」,運用這個原理,便可透過功率的變化,達到無線充電的目的。無線充電器有兩項主要配備,一個是連接電源插座的發信器,另一個是電子產品上的接收器,只要使用者在一定的距離內啟動充電訊息,發信器的電源就能夠傳到對應的接受器。

「無線充電目前的應用,主要還是在小型的家電產品上。」陳立閔表示,像是適用在潮濕環境中的電動牙刷,就是目前無線充電應用最廣的案例;不過想要打進大眾市場,USB充電應用的強勢行銷,還是橫亙在無線充電之前,要跨越這顆「大石頭」,無線充電還必須找出更無法取代的利基點才行。

曾經有業者考慮將無線充電「大型化」,利用感應方式為電動車充電,「只要充電的感應盤接近電動車的接收器,就可進行有效的充電。」雖然直接插電可以供應較大的充電效率,但相對於大型電盤的接觸安全性,無線充電或許是較佳的選擇,「但當時還是失敗了。」陳立閔指出,由於當時的技術,透過感應式充電所耗損的電能太過嚴重,所以在2002年加州決議改用傳導式充電後,對電動車無線充電的規畫就已停止運作。

由於近年來智慧型手持裝置的蓬勃發展,陳立閔認為,這是無線充電捲土重來的主要契機,「手持裝置的耗電量極大,無線充電因為可以簡化充電的難度,成為一個新的選項。」

但同樣的,針對手持裝置的無線充電系統,安全性也成為重要的挑戰。「無線充電首先面臨的,就是多年來環保團體對於電磁輻射的安全性擔憂。」他分析,由於高能量的電磁場,不但有可能會穿透人體造成人體渦流,加熱人體造成生理影響,也可能因此而干擾附近物體的運作;另外,由於目前通訊及無線充電的技術,都是透過電磁場的變化來運作,如果充電系統的磁場過強,也可能會造成通訊的「蓋台」,如何克服也成為技術上的重要課題。

目前UL已針對低耗能產品的無線充電設備,提出UL2738認證標準,「這是第一個針對無線充電所訂出的安規。」它針對感應功率發射器進行正常運作與零組件錯誤測試,要求其穩定功率傳導及防止傳輸過大功率;另外針對接收器進行測試,要求接收器意只能接收安全的電流功率,「但對於電磁兼容安全問題及生物生理安全問題,還是需要靠主管機關來定義才行。」

陳立閔認為,無線充電目前尚存在諸多問題待解決,但其終究是個商機無限的未來產業,解決安全疑慮之後,不久之後,消費者應該就可以看到各種無線充電設備的誕生,「這的確是想像力無窮的新興商機。」


8檔 智慧電網概念股

美國、歐洲、日本及大陸政府積極投入智慧電網建置計畫,業者預期,明年是智慧電網起飛年,商機將延續到2020年。相關供應鏈從電錶廠商士電、亞力,智慧電網傳輸設備商正文、中磊,以及橫跨智慧電錶及PLC(電力線傳輸)的康舒將是大贏家。

分析師認為,智慧電錶系統將由家戶中的智慧電錶,搭配上無線或有線通訊網路,傳送到電力公司的自動讀表控制中心,智慧電網帶來商機初期包含智慧電錶及變壓器,之後延伸到電力調配及綠色能源包含太陽能及風能等替代性能源。

智慧電網將帶動龐大商機,從感測控制元件、網通模組、能源管理系統、晶片及智慧電錶等公司。台灣供應鏈包含製造智慧電錶的士電、亞力、中興電以及華城等,到智慧電網傳輸設備供應商如正文、中磊、訊舟、康舒等。

正文執行董事楊正任表示,未來網通產業新機會包含智慧電網及防災感測器等,正文也積極投入無線傳輸模組應用,首波市場鎖定北美市場。

中磊與歐洲電力公司合作,開發一套電力管理系統,透過網路傳輸管理並分析家中用電狀況,已經陸續出貨,未來智慧電網也是中磊的成長主要動力之一,近期市場也傳出中磊接獲電信業者智慧電網訂單。

訊舟開始出貨智慧電網無線傳輸模組,目前鎖定智慧電錶應用的無線模組,已經爭取日本客戶訂單,將持續與智慧電錶公司合作,預期各個國家至少都需要花費三到五年時間進行電錶汰換。

網通業表示,為電力公司設置整套核心網路部分,是思科及英特爾等國際大廠強項,但對台灣網通來說,智慧電錶的無線傳輸,及室內各個電器裝上感測元間後,透過無線模組來進行資料傳輸,這部分的無線裝置才是台灣業者的利基。

金仁寶集團旗下的康舒切入能源管理,包括智慧型電錶、智慧電網、太陽能轉換器和LED路燈四大領域。康舒總經理高青山表示,康舒已投入智慧型電錶錶頭的研發,未來透過康舒的PLC(電力線通訊)和電錶錶頭,能夠有效的作電源管理,取代人工抄表。

閱報祕書/智慧電網

目前的民眾家中的傳統電錶,是由電力公司派出抄表員到家家戶戶抄表,僅顯示用電量。未來的智慧電錶,在電錶上連結上無線網路,透過網路傳輸,不但省去家戶抄表麻煩,也可建立家中各個電器用電的感測及管理系統,透過分析可了解家中耗電及浪費電源的問題,用戶可針對耗電源進行改善。

從發電廠、變電、配電以及用戶端用電等這些流程,由於智慧電網整合網路通訊及資訊科技(IT)技術,有助提升電力公司運作效率。

電力公司可透過網路回報可隨時監測各城市的用電高峰、用電狀況及故障檢修等,透過監控用電狀況來達到各電廠的資源分配調整效率,無需再投入大筆資金興建電廠及發電設備,仍可避免缺電問題,未來更可結合太陽能發電等替代能源應用。




無線充電 行動裝置產業新動能

2007年 07月23日

產業擴增有如人類社會擴張演變--源於同一古老社會,但在環境影響下有不同命運。維京人(Viking,西元8~11世紀,發跡於斯堪的那維亞,主要據點在冰島及格陵蘭)是所有海盜始祖及代稱,更是中古時期歐洲大陸聞之色變海上掠奪者。
但維京人不光只有海盜頭子和公主故事流傳,他們於北美及歐洲開拓成長史對現代社會影響甚鉅。維京人社會擴張行動主要因國內人口大增,而海外機會無窮,不但有廣大領地可開墾(挪威僅3%土地可耕作)及定居,還有很多富裕卻未防備之地可掠奪,加上最古老航海民族特點,早在英國人之前即建立許多殖民地,如俄、英和法等多有維京人血統,雖同源自古老斯堪的那維亞(現代北歐),後續發展結局各有不同。

符合需求方成贏家

在歐陸及不列顛諸島定居之維京人最後與當地族群同化;溫蘭(Vinland,酒之鄉,現今紐芬蘭)代表歐洲人最早於北美洲設立之殖民地,較哥倫布開闢北美航線早500年,該地富含格陵蘭沒有之珍貴資源如葡萄、上等木材、鮭魚及馴鹿和鳥類等,加上緯度較低因而生長季節比格陵蘭長,但最後成為維京人濫觴-當地印地安人懷嚴重敵意導致維京人無法掌握環境而退出;西元8世紀於格陵蘭建立之殖民地歷時450年,位於歐陸社會邊陲,最後也以消失收場;而在冰島建立之新家園,在貧窮及動盪不安下掙扎幾世紀後,最後在近代銳變躋身全球最富足社會之ㄧ(2006年人口30萬人,年均所得6萬370美元)。
產業變化如上述社會擴張變化,並非所有新產品新技術最後皆能發展成功,唯有與環境及現況結合,方能成為最後贏家。
無線傳電應用正處於手持裝置快速成長階段,2006年全球手機銷量近10億大關達9.9億支,年增率21%,估2007年將有20%成長來到12億支規模;同期多媒體播放器(PMP)銷售也達500萬台,2004年僅39萬台。

挹注接收晶片成長

手持裝置愈多,除充電器和線材讓使用者管理不易外,將電池拿出放置於充電器須先忍受一段無訊號時間,也容易遺失;若在手機充電器附近偵測,沒做好防護措施手機充電器最高可測得1400毫高斯,若離開充電器30公分以上,電磁波強度降至2毫高斯以下,如充電同時使用手機,影響程度將不難想像。
2007年已有業者開發出透過無線訊號將電力傳輸至手持裝置,該技術以捕捉無線訊號從牆壁彈回能量,透過電池端安裝之接收器將無線電波轉化成直流電,在1公尺範圍內可隨意對行動裝置進行充電。
產業進化在於搭配環境成長,行動裝置加入無線充電功能,才是真正無線化,且降低對人體健康傷害,對相關充電器、電池及接收晶片等產業將挹注另一波新成長動能。

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呂宗耀

年齡:1953年生
經歷:
.2001年迄今組成「呂張投資團隊」
.1998~2001年,擔任大眾金融集團投資總監
.1987~1996年,擔任國泰人壽證券投資小組組長
專長:田野走訪企業家並發掘具潛力優質公司,串聯國際趨勢與台灣產業連動性















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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