無線供電走向實用,手機耳機永不斷電
2022/02/25
可使用電波為設備遠端充電的無線供電技術進入實用階段。在海外,美國新興企業率先把無線供電技術應用在遊戲機和智慧手機上。在日本,考慮到相關限制將會放寬,軟銀集團已開始研發利用手機基地台無線供電的技術。由於能夠遠端便捷充電,將來再也不用擔心設備沒電。數位設備的方便性將會出現飛躍性提高,新設備和新服務的開發也將取得進展。
「從汽車到小型家電、耳機、電話、可穿戴設備,萬物都將以無線方式接入電源,無縫選定最佳充電方式」。美國無線供電初創企業Powercast的首席執行官Charles Goetz如此表示。
美國蘋果iPhone具備被稱為「Qi」、放在無線充電底座上即可充電的功能。Goetz表示,「蘋果具備Qi功能之後,我們的電話響個不停」。
無線供電是像微波爐一樣,把電波功率放大後發射到1~10米外的技術。無需插上充電線就能為設備充電。以智慧手機為例,目前已出現了Qi這樣的非接觸充電技術,將來有望實現使用電波遠端便捷充電。無線供電雖然被指出存在電波干擾等問題,但海外國家仍在不斷放寬限制。
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實際上,Powercast的技術已在美國、加拿大、澳大利亞等國家獲得批准。該公司將在美國亞馬遜網站上銷售由專用設備發射電波的「無線充電握把」,可為任天堂家用遊戲機「Nintendo Switch」的控制器充電。
「陸續得到各國監管部門的批准。已在超過45個國家獲批」。開發無線供電技術的美國初創企業Ossia的首席執行官Doug Stovall雄心勃勃地表示將在世界各地開展業務。
Ossia也開發出了用無線電波為設備充電的技術,並在美國、歐盟、英國等地獲批。該公司的技術已被美國沃爾瑪應用在倉庫的卡車搬運管理等方面。還設想將來在門市使用,由安裝在天花板上的信號發送器為電子購物車和電子價簽充電。
另一方面,在國土面積狹小的日本,發射電波的設備受到嚴格監管,需要獲得技術標準合格證等,監管部門對無線供電一直態度慎重。比如,為任天堂Switch的控制器充電的Powercast産品就不能在日本使用。
儘管如此,日本總務省仍計劃最早2022年內首先允許在室內使用無線供電技術,將使用920兆赫茲頻段的電波,採用牌照申請制度。計劃分階段放寬限制,2024年前後允許在室外使用,2030年前後允許大功率供電。
在首先允許的室內無線供電的産業用途方面,松下開發出了卡片型信號接收裝置。日本初創企業Space Power Technologies也開發出了可用於標籤等的零部件,瞄準在不用電池的狀態下管理工廠、倉庫的産品和零部件的用途。Ossia也計劃在日本與半導體貿易商丸文合作開展相關業務。
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Ossia使用輸電設備(右下)為智慧手機無線充電 |
軟銀則瞄準了第2批放寬限制的室外用途,已開始在日本情報通信研究機構(NICT)的支援下,與京都大學和金澤工業大學合作開發由手機基地台發射電波的技術。
軟銀首先推進的實驗是在半徑10米左右的範圍內由基地台設備發射1毫瓦以下的電波。只要在基地台電波的範圍內,耳機、防盜標籤、智慧手錶等小型電子設備將有望不再需要更換電池。
軟銀在日本國內擁有約20萬座基地台,無線供電業務有望成為使用通信基礎設施傳輸電力的新業務。軟銀基礎技術研究室的長谷川直輝表示,「現在通信運營商根據流量來收費,將來或許會變成對每個終端收取電費的業務模式」。
NTT docomo等也發佈了無線供電技術,該技術作為5G之後的新一代技術備受關注。
對於無線供電技術來説,開發與收發信號相關的零部件也十分關鍵。為了給無人機等供電,諾貝爾物理學獎獲得者、名古屋大學教授天野浩和金澤工業大學教授伊東健治等人正在推進研究使用氮化鎵材料,把無線供電的功率提高到3倍。
海外的研發動向也十分活躍。長期研究無線供電技術的京都大學教授筱原真毅敲響警鐘稱,「中國的開發動向是一大威脅」。在中國,小米發佈了可為數米外的智慧手機充電的技術。
據印度調查公司Markets and Markets預測,全球無線供電市場的規模到2026年將達到134億美元,擴大到2021年(45億美元)的3倍。此前日本企業一直對涉足該市場持慎重態度,在這樣的情況下,海外企業不斷獲得相關專利。
擔憂對人體造成影響
隨著物聯網(IoT)社會的到來,無需擔心電量耗盡的無線供電受到高度期待。
無線供電技術擁有漫長的歷史。美國物理學家尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)以19世紀末進行的輸電實驗而聞名。
目前,iPhone具備只需放在無線充電底座上就能充電的功能。純電動汽車(EV)也確立了停車即可充電的技術,以實用化為目標的開發不斷取得進展,但這些技術都需要供電端和充電端緊密接觸。
無線供電則能向10米開外發射電波。隨著信號收發零部件和設備的開發不斷取得進展,控制水準越來越高,商用化也變得容易起來。今後有望開發出以無線供電為前提的新設備和新服務。
無線供電存在對人體造成影響以及産生電波干擾的問題。如果是給鈕扣電池充電,對人體的影響與手機電波差不多,但如果功率很大,就有可能産生擔憂。Powercast的首席執行官Goetz稱,「現在消費者對此有些緊張,如果他們對無線供電有更多了解,可能會普遍接受」。
Ossia開發出了通過波束反射來避開人或障礙物的技術,並將其配備在設備上。無線供電被認為首先將從耳機等小型終端開始實現商用化。不過,今後在室外發射可為無人機或機器人充滿電的電波時,將會需要這樣的輔助技術,此類技術或將成為提高競爭力的關鍵。
日本經濟新聞(中文版:日經中文網)渡邊直樹
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