近年來隨著物聯網的蓬勃發展，各式各樣的電子裝置應運而生，應用場域包含智慧家庭、智能穿載裝置、智慧車載系統、智慧製造工廠、智慧城市與醫院…，但眾多的電子裝置，都標榜著智慧化的功能，可以無線傳輸資料，亦可以作超強的功能運算，但卻也都面臨了電力持續供應的問題，例如，當要使用Fitbit時，卻發現電力幾乎快沒了，手機沒電要充電時，一堆打結的充電線中卻不知道哪一條才是對的，放在高處的網路攝影機不曉得還有沒有電…等等(如圖一)，因此，打造物聯網環境的無線充電技術，實為健全物聯網產業發展不可忽視之一環。

資料來源：Energous (2016/12)
圖一 電子裝置之無線充電應用環境

根據市場調查機構IHS表示，全球無線充電市場規模將由2015年的17億美元，快速成長至2020年的126億美元(如圖二)，顯示出無線充電市場驚人的成長潛力。2015年以Qualcomm、intel為首之A4WP與AT&T、Duracell為首之PMA合併為AirFuel Alliance無線充電標準組織，與WPC形成兩大標準組織分庭抗禮之狀態，而無線充電產業標準的日漸統合，亦有助於整體產業之健全發展，儘管目前無限充電技術主要仍以電磁感應式為主，如Samsung Note 6的充電盤、Apple Watch充電座，都是利用此磁感應(Magnetic Induction)方式來充電，其主要優點是成本低廉，電力使用率高(約70%)，但缺點是充電有效距離短、充電角度與方向限制多、無法多裝置同時充電，因此，目前磁感應充電方式之裝置，多使用在極短距離之充電環境下，無法真正做到隨時隨地無線充電的境界，隨著物聯網各種電子裝置的不同電力需求，適合搭配的充電技術也不同，以下介紹其主要技術及發展廠商。

資料來源：IHS (2016/04)
圖二 全球無線充電裝置市場與出貨量規模預估

利用發送端與接收端達到特定頻率，讓雙方形成磁場共振現象，透過這種方式達到能量傳輸的目的，相較於磁感應，磁共振效率較好，約可達到75%傳輸效率，應用距離也較遠，因此，磁共振技術成為WPC與AirFuel Alliance兩大聯盟積極發展之技術，磁共振技術的主要優點在於傳輸功率較高，終端電子產品可達50~100W輸出，商用領域亦可達到1,000W以上的輸出功率，但缺點是成本較高，且共振頻率會影響傳輸效率。磁共振無線充電方式採用之廠商包含Qualcomm、WiTricity、Sony…等等，正由於磁共振方式可達到較高功率應用之特性，因此積極發展磁共振無線充電技術的Qualcomm，更以Qualcomm Halo™作為進軍車用無線供電系統的商標，而另一來自MIT技術之WiTricity公司，其技術授權客戶包括intel、MediaTek以及Toyota，而Toyota在Plug-in Hybrid採用無線充電模組，即是採用磁共振技術。

該技術是透過RF射頻原理，將電力透過無線電波的方式傳導，接收端則透過天線接收無線電波，並將其轉換為電力。該技術優點是成本低，且可讓射頻範圍內的多個裝置同時充電，但缺點是無線射頻傳輸若無方向性傳輸效率比較差，加上傳輸功率較低，只適合用於耗電量較低的電子裝置，目前主要發展此技術之廠商有Energous、Ossia與Powercast。

2016年9月，Apple宣布與Energous無線充電技術公司合作，發展不同於一般磁感應式之無線充電技術，Energous旗下產品WattUp基於一系列的混合無線電頻率、藍牙和其他專利技術(2.4/5.8 GHz)，其發射器能夠通過低功耗藍牙和周邊相容設備通訊和定位，一旦連接，發射器就可以發射頻率和 Wi-Fi 信號一致的集中射頻訊號，發射器藉由把電流轉換成無線電波在空間中傳輸，接收器通過Wi-Fi和低功耗藍牙（Bluetooth LE）定位設備位置並與發送器連接，再將無線電波轉換成直流電能，隨時隨地為行動裝置充電，WattUp充電範圍最廣可達到約4.5公尺(15呎)，而一個發送器可以同時在4.5米距離內為四個待充設備提供2瓦特功率的電力傳輸，而耗時僅為傳統接線充電的一半。

資料來源：Ossia (2016/11)
圖三 Cota無線充電電池與產品應用

Ossia是intel創投旗下的無線充電公司，其產品Cota內裝有2.4 GHz RF radio接收器與傳送器(如圖三)，在30呎的有效範圍內，可自動追蹤發射器之位置，提供靜止或移動的電子裝置任意方向式的充電功能(1W)，並可提供多裝置同時充電之功能，其最新產品更訴求無需另外加裝天線，利用已存在之Wi-Fi或Bluetooth天線，即可進行充電，以及如同程式設定般控制與管理各充電裝置，目前廣泛使用於電子標籤、穿戴與物聯網裝置等。

其產品的工作原理很像太陽能發電，太陽光照射在太陽能電池(PV)而發電，而Laser Motive則使用Laser激光器通過空氣或光纖電纜，將集中光束發送到將光轉換成電的遠程接收器，將雷射光轉換成電能，與太陽能的主要區別在於，Laser Motive是使用高強度Laser而雷射光能量比太陽強得多，它可以瞄準任何地方，並且可以操作24 hr /天。Laser Motive利用雷射光來傳遞能量，其最遠可達10KM之距離，目前主要用於點對點的能量傳輸，如山上的通訊中繼塔、海水底下之感測器、無人機用途、軍式地區或油田之電子裝備、火箭太空梭之電力供給…等等特殊環境之狀況，以達到具備經濟性、安全性的電力供給方式。

Wi Charge利用紅外線(Infrared Ray，IR)方式提供充電功能，其充電功率可達10W、有效距離為15呎，由於非利用電磁效應原理，故沒有電磁輻射波之危害，可保障人員之健康安全。目前，Wi-Charge的發射器模組尺寸約為17x17(mm)，未來將致力於將尺寸縮減至10x10(mm)以下，並將可充電距離延伸至30呎(約9公尺)，使其能涵蓋一般室內空間的所有範圍，以搶攻智慧家庭商機。目前其目標市場包含Beacon、電子標籤、穿戴裝置、網路攝影機、煙霧偵測器、溫控器、電子儀表…等等。

臺灣擁有完整的無線充電相關零組件產業供應鏈，包含電子IC控制晶片的聯發科、立錡、茂達、新唐、盛群、凌通、迅杰，磁心與電感產品之奇力新、美磊、千如、鈞寶、百泉，無線充電組裝的群光、力銘、佑驊…等等，但因營運規模相對於國際大廠為小，大多跟隨國際大廠所制定的規格標準與研發方向來繼續發展，包含加入WPC與AirFuel Alliance兩大無線充電標準聯盟，以及技術發展以磁感應與磁共振為主。未來數年，隨著物聯網技術的發展，愈來愈多的電子裝置應用出現在我們生活週遭的各個地方，而電力的維持與監控一直困擾著我們，尤其最近SAMSUNG Note 7 電池爆炸事件，讓人們更加重視電子裝置電力使用的安全性問題，而無線充電相關技術中，包含磁場效應、RF射頻等對人體的影響程度為何，以及充電時的安全問題，都將影響著人們對於無線電產品的接受程度。物聯網電子裝置通常不像電動車需要特別大的功率要求，因此藉由各種無線充電技術的發展，可達到擺脫有形充電線路的束縛，但以目前而言，為兼顧到價格與效率因素考量，磁感應式無線充電，仍是目前最主要之無線充電技術，未來亦將可提供磁感應與磁共振雙模充電方式，提供使用者更加多元、完整與便利的充電方式，其它充電方式，包含RF射頻與光能量則是扮演互補技術的角色，可以滿足物聯網不同使用情境的需求，未來，當使用者對充電距離與充電管理要求愈來愈高時，亦將刺激其它充電方式更多的發展空間。

(本文作者為工研院IEK執行ITIS計畫產業分析師)

更新日期：2020-04-08