人们的动作、桥梁的振动、室内的照明光、汽车的废热、广播电视发射的电波,等等……。“能量采集”技术可以从身边的能量获得电力供我们使用。采集到的电力虽然很小,但由于其无需干电池的便利性,已开始受到世人的热切关注。由于周边部件特性的提高,其可适用的用途在逐步增加。高效率且低功耗的无线IC,将推动其采用的扩大。
对我们身边微小的振动、光、热及电磁波等能量加以收集利用的技术,就是“能量采集”。有效利用我们平常忽略的微小能量的概念,如今正在引起关注。
“能量采集相关设备市场将从2010年的6.05亿美元扩大到2020年的44亿美元。”英国IDTechEx 公司预测(*1)。美国的Innovative Research and Products 公司也表示:“2009年的市场规模为795万美元,但将以73.6%的年率增长,到2014年将达到12.54亿美元。最大的卖点是“无需电池”
能量采集又称为“环境发电”,具有可在各种条件下发电的优点(图1)。只是所获得的能量非常小(表1)(*3),大半器件的发电量,都只有μW级。如果装在智能手机上,其所提供的电量不足以使手机不用充电。
*3:Roundy, S.et al.,"A study of low level vibrations as a power source for wireless sensor nodes,"Commputer Communications 26,lssue 11,pp.1131-1144,july 2003.
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图1 我们身边存在着各种各样的能量来源 能量采集技术,是指对此前弃之不用的微小能量加以收集和有效利用的技术。能量来源有振动、光、热和电磁波等。 (插图:楠本礼子) |
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只能得到微小电力,却仍获得了市场的热切期待,是因为其具有的“高度便利性”。能量采集的最大卖点,是采用此技术的设备将无需连接线,无需换电池和维护(图2)。就是说,不是“低功耗”,而是可实现“无功耗”。
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图2 因无电池便利性提高 要点为:不需要一次性电池的更换与配线(a) 。组合电容与发电机的“振动发电电池”(b) 。与干电池的尺寸与形状相同,可以直接在遥控器上使用。NHK富山电视台与汤浅工机共同开发了转播车千斤顶遥控器试制品(c) ,用手指按钮的力量来发电。 |
因控制信号以无线方式交换,无需为开关装设新的配线。在需要频繁改动展示品布局的美术馆等,电源线缆的敷设是很大的负担。而无需布线的能量采集技术在这里就能发挥其优势。
周边部件已有变化
能量采集系统典型的构成要素有如下几个:首先①检测出能量来源并使其发电;②电源电路将获得的电力加以转换,储存在电容或充电电池中;③使用积蓄的电力驱动微控制器与传感器;④将传感器得到的信息以无线方式传送到外部(注1)。
注1:兼有①~④功能的单元的价格“5万个批量购入时,每个约为12美元”(凌力尔特公司的Armstrong 语)。
能量采集观念古已有之,研究的历史也很长。其采用之所以直到最近才开始急速扩大,是因为周边部件有了大的进步,在上述的要素中相当于②~④,以及由此可适用范围的扩大。(未完待续)