告別有線時代 無線充電 生活大解放

在過去生活中，電線已成為人們不可或缺的存在，如果有一天充電不再需要電線，而以無線充電為主軸，普遍應用於各種行動設備，會是什麼面貌呢？根據國際市調機構IHS iSuppli研究報告估計，2018年「無線」商機將上看80億美金，從穿戴式裝置、物聯網、智慧環境、醫療、電動汽機車各產業不難發覺應用無線充電技術，一場無線充電大革命正悄悄地在生活中拉開新序幕。

無線充電歷史由來已久

現代人生活不離科技，在智慧型手機普及的時代，一旦手機沒電，總須手忙腳亂尋找充電電源。試著想像，如果手機沒電時，只需將手機優雅地往旁邊桌上一擺，電力就涓流不斷，自然進入生活不著痕跡，生活將變得更便利。現今比利時的魯汶車站、荷蘭阿姆斯特史基輔機場、美國與英國部分的星巴克咖啡廳，都已提供無線充電服務環境，體驗無線世界的奧妙。

很多人聽到無線充電，以為是因應智慧型手機的無線充電裝置而生的新技術，其實無線充電早在十多年前就出現在生活當中，如電動牙刷、電動刮鬍刀、家用無線電話以及早期的低功率PHS行動電話，都屬於無線充電技術應用。

無線充電技術的開發已有百餘年的歷史，首先是由美籍科學家尼古拉．特斯拉（Nicola Tesla）的放電感應實驗開始，奠定未來無線充電技術的基礎理論。最具代表性的突破則是在2007年，美國麻省理工學院研究團隊採用了9.9 MHz 的磁場共振技術，成功點亮2公尺外的60W球型燈泡。2012年無線充電技術應用於手機，初期僅有5W功率的傳輸率，現逐步提升傳輸功率，擴大應用於3C電子商品、智慧家電、與醫療電子設備，以及大功率電動車的應用，可見現階段已從5W到大功率千瓦特等級的電動車，漸漸開拓人們的新視野。

「感應」是無線充電的基本原理

什麼是「無線充電技術」呢？簡單地說就是電與電之間的無線接觸。目前的技術使電力經過兩次轉換，例如電力轉磁力、磁力轉電力，進而達到無接觸的無線供應電力的效果。

無線充電的技術有許多種，最常見的有磁感應（Magnetic Induction）與磁共振（Magnetic Resonance）兩種方式，此外較少見的有射頻、微波等技術。不同業者制定的無線充電規格標準也不盡相同，例如目前常見的無線充電標準包含：無線充電聯盟（Wireless Power Consortium， WPC）、無線電力聯盟（Alliance for Wireless Power，A4WP）與電力事業聯盟（Power Matters Alliance， PMA）三種規範。

主流的三種無線充電技術

為目前最普遍應用的無線充電技術，透過發射端與接收端的磁場線圈感應而產生電力，就是國中物理課教過的「法拉第電磁感應定律」，透過電生磁與磁生電的方式來傳輸電力。運用此方式充電的優點是成本低、短程運輸效率較佳，缺點是雖然已從只能一對一充電進步到可一對多，但對於雙方接收的線圈、距離較為敏感，功率和頻率不是太高。

目前仍在研究中的無線充電技術，利用磁場共振現象，經由能量發送與接收裝置調至相同頻率或指定頻率，使得對應的電力端產生共振，進而達成能量交換目的，電磁共振比感應式的距離較遠，目前技術最遠可達到3公尺左右，傳輸功率較高，並可達成一對多的裝置同時充電，其缺點是此類技術的電路相當複雜且需考量線圈材料特性，具成本高、頻率校正不易、傳輸時容易受到共振頻率影響等問題。

現代較為成熟的技術，透過接收發射端的電波轉化成電流，通過電路來傳輸電流，可免於使用線圈。優點是適合遠距離小功率的充電，可自動充電，缺點是轉換效率較低、充電對象定位不易、充電時間較長。

不插電夢想是否成形？

全球各大業者相中2018年無線充電商機，積極開發無線充電技術，但是無線充電真的能完全取代電線嗎？優劣勢為何呢？

若跟有線充電器相較，無線充電除了給人酷炫的科技感外，大致都有隨放隨充、一對多種電子設備充電的優勢，並且沒有傳統纜線與插入的動作，減少傳輸線或傳輸機械介面的磨損機會。缺點是受限於技術尚未完全開展，有傳輸距離受限、功率較低、成本高昂等問題。另一困境是，過去無線充電業者眾多，造成市面產品無法兼容通用，以致無法普及，雖這幾年多數相容性改採用電磁感應式WPC Qi 標準，但普及率仍待提升。

未來 無邊無際充電新世代

隨著無線充電技術的提升，創造一個「無線」的世界，生活將有意想不到的便利，並可應用於多種層面。

在國外已有業者推出「無尾家電」，像是果汁機、電鍋，不需要電源線，只須將電器放在廚房特定位置就可充電使用，插座不再被一堆電器線插得密密麻麻，降低電線走火風險，也讓廚房變得清爽不少。家中電器與傢俱都可輕鬆變身成無線充電的一部分，再結合物聯網，作為充電平台與智能控制。

以「無線充電站」取代加油站，不再遙不可及。現今電動車多採集中式充電方式，若是未來可採分散式充電，電動公車可利用乘客上下車之際充電，電動車可在購物、吃飯時順便充電。南韓科學技術院也做過研發實驗，將無線充電器鋪設在道路上，讓電動公車能在道路上邊行駛邊充電，不用擔心在路面開了一半找不到充電站問題。國外賽車業者也將無線充電設備應用於賽季時的安全導航車、醫療車、服務車等。

醫療儀器置入無線充電技術，可解決過去植入人體的電子儀器，因電力耗盡就得開刀重新置入的惱人問題。比如未來預計將膠囊內視鏡加入無線充電功能。

穿戴設備可當救生用途：穿戴式設備移除充電接口後，可使防水性更為完善，發熱衣裝上無線發電也可在水下使用。同時，在穿戴設備上裝設無線充電器，當災難發生時或受困時就能不斷電，可及時發出求救訊號與定位。

無線感應網路（Wireless Sensor Network）技術，多應用於環境監測，常見於辦公室裡裝設的溫溼度感應器，可即時測試辦公室各區域溫度，達到最佳空調調節。由於無線感應器數量眾多，無法像有線充電那樣，逐一地換電池，透過無線充電技術或天然能源，可確保無線感應技術的長期使用。

國外業者目前研發以紅外線供電方式，可在家中或是公共場所的電子設備充電，例如研發出在壁燈裝入分佈式共震器，接收端像是隨身碟的接收器，約距離10公尺處，就可自動幫裝置充電。日後還能將發射器藏在洗衣機、磁磚、冰箱中，充電方式有如現今無線上網一般，在不知不覺中，手機就自動進行充電。現今國內也可看到業者生產的車用無線充電手機支架，運用紅外線感應開關，搭配無線充電功能，只要手機一放上車架，就能自動替手機充電。而目前亦有汽車已有搭配Qi標準的無線充電機制，不需要紅外線感應開關。

無線技術開發正值百花齊放時代，在各家業者大展身手開拓無線充電這片藍海，隨著全球三家大型無線充電組織要積極合作，逐步規劃「大量布建」與「統一規格」之際，將預見無線充電技術將日益蓬勃發展，人們將擺脫糾結已久的電線與插座，嶄新的無線生活將指日可待！

參考文獻：

李宗勳（2017），〈無線充電技術〉，《科學發展》540期，62～67頁。