Zinio Reader： 一指力道 解決物聯網缺電

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一指力道　解決物聯網缺電

免插電或電池，「振動發電」當紅！

讓物體連網，透過感測器監控的物聯網生活，有致命缺點：感測器發電來源，靠電池或配電線，耗成本且不便，現在，這一切正因「振動發電」而有所突破。

各產業競相投入的物聯網，有一個致命缺點，就是電源。

即使打算在全球各地設置感測器，透過網路蒐集資訊，但如果沒有電力驅動相關機械裝置，這項計畫不過是紙上談兵。因為不可能讓所有感測器都拉電線連接電源，內建電池成本也相當可觀。

要解決這個問題，或許可把希望寄託於「振動發電」技術。這是將汽車或火車通行時產生的縱向振動，或冷氣機馬達的定期振動等，轉換成能源的技術。身兼振動發電等業界團體事務局的NTT資料經營研究所資深經理竹內敬治指出：「振動發電除了一般想像中的振動外，也可利用人類推、踩的力道。」

過去這種技術的發電效率極差，但振動幅度「寬頻化」等技術進展，已經突破了原有瓶頸。現在的技術已經可以把各式各樣的振動有效轉換成電能。只要技術普及，全球各地就會出現許多「小型電廠」，足以支撐物聯網所需能源。

免治馬桶升級

沒接電也能遙控沖水

令人意外的是，一般家庭的馬桶也應用了振動發電原理。

全球最大衛浴設備製造商東陶（Toto）於今年二月推出最新型馬桶，牆上安裝的搖控器上，有一排看來很熟悉的操作按鍵，就和一般免治馬桶設備一樣，按下「沖水」按鍵就可以搖控沖水。不過，Toto負責人卻說，這個搖控器沒有插電，也未內建電池。那麼到底為什麼可以沖水？

這就是振動發電的功勞。只要用手按下按鍵，手指的力道就會傳到搖控器內部，讓搖控器內建的發電裝置磁鐵轉動，和線圈之間產生「電磁感應」，因而產生電能。Toto就利用這個電能，讓搖控器傳送電波信號，搖控馬桶沖水。

Toto電子技術本部電子機器開發部組長山中章己表示：「包含開關的按壓觸感在內，這項產品總共花了三年時間研究。在減少傳送電波時消耗的電力，同時提高發電能力後，終於成功實用化。」Toto把這項裝置命名為「環保搖控器」。這項技術不只可應用在馬桶上，還可延伸用在各種搖控器上。

三優勢助功

方便監控偏僻水壩、橋樑

由Toto馬桶的案例，可分析出振動發電的三大優點。第一就是不需要電池。因為不用定期換電池，即使是地處偏僻的水壩或橋樑等，也可以安裝感測器。

如果安裝在社會各角落的感測器需要換電池，就會大幅提高管理難度；相對的，利用振動發電供電到感測器，安裝好後就能「半永久性」的持續傳送資訊。

既然不用電池，也就不用配線接電，可省下配電工程，這正是振動發電的第二項優點。就算是在有多種製造設備與管線的工廠，也不需要增加配線工程，即可安裝感測器。

第三項優點則是省略電池和配線後，感測器得以小型化。事實上即使是Toto的馬桶，振動發電裝置也只占了搖控器的一個小角落而已，而且零件數量越少，故障風險就越低。

Toto採用的是三美電機的振動發電裝置，三美電機宣稱此裝置持久耐用，按壓二百五十萬次也不會壞。該公司也致力於讓裝置更加輕薄，將來希望運用在照明與門的開關等。

獲取未被活用、反而被埋沒的微弱能量，轉換成電力，這構想被稱為「能量蒐集」（Energy Harvesting），能量可以來自光、熱、電波等各種源頭，目前即將實用化的就是振動發電。

松下當先行者

研發因應各種振動的發電

竹內敬治說：「過去很多裝置只能在特定頻率（每秒振動次數）發電，所以很難將振動發電應用在實際的現場。」

因為即使是同一座橋樑，振動方式也會因位置而略有差異。如果要把振動發電裝置安裝在橋樑，就必須先詳細調查，並依位置調校頻率，以讓振動裝置發揮作用。這種做法不但曠日費時，而且一旦振動方式不如預期，就無法發電，並不可靠。

竹內敬治表示，要解決這個問題，得靠「可因應各種振動的寬頻技術」。傳統振動發電裝置只能因應事前設定好的「快速振動」、「大幅振動」等力道來發電，而寬頻技術可以因應各種「變化球」進行發電。

這種寬頻技術的先行者，就是松下（Panasonic）。該公司目前正致力於開發稱為「壓電效果」的振動發電方式，利用振動對發電裝置內的陶瓷施力，產生電壓，預計兩到三年後可進入實用階段。

這項技術的普及關鍵，在於機器的耐用性。就算不用換電池，如果機器因為常振動而損壞，就沒有任何意義。松下汽車電子與機電系統公司主任技師勝村英則指出，振動發電要商業化，「必須確認發電裝置可以持續稼動五至十年。」

因此松下和新能源及產業技術總合開發機構（NEDO）等合作，在德國化學大廠BASF位於神奈川縣內的工廠等地進行實證實驗。在幫浦或伺服器機房等處安裝振動發電機，實際調查發電狀況。這項驗證預計進行到二○一六年中，以發掘工廠要大規模導入振動發電裝置時會遇到的課題。

因為物聯網的發達，感測器市場規模也擴大，日本富士凱美萊總研（FCR）調查顯示，到了二○一九年度，全球感測器市場規模將比二○一四年度成長超過兩成，預計可達五兆五千五百七十六億日圓（約合新台幣一兆五千億元），連帶的，振動發電市場也可望確實成長。

歐美雖然積極朝著制定技術標準努力，不過目前日本的感測器技術和寬頻技術，還是領先歐美。這項將理論化為實際的技術，就是「積少成多」的成果。

（Nikkei Business (c) 2015 Nikkei Business Publications, Inc.）

【延伸閱讀】從家用馬桶到工廠機器都能應用—各種感測器使用振動發電的情境

●工廠

測量機械設備稼動狀況，可用於改善生產效率和維修

●基礎建設

用來監控作業員較難接近的地方，例如檢查橋樑或水壩的老舊狀況等

●家庭

操作家電或照明，掌握運作狀況，改善能源使用效率

•TOTO「環保搖控器」不需要電池或電源配線就能發電的原理：

1手指按下開關

2搖控器內建的發電裝置磁鐵轉動

3利用電磁感應原理發電

4以電能傳送操控馬桶的信號

資料來源：《日經Business》

譯：李貞慧

審稿-張務華博士

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