憑藉能量採集從「低功耗」走向「無功耗」 無需電池的世界起步

憑藉能量採集從「低功耗」走向「無功耗」　無需電池的世界起步（一）

　　人們的動作、橋樑的振動、室內的照明光、汽車的廢熱、廣播電視發射的電波，等等……。「能量採集」技術可以從身邊的能量獲得電力供我們使用。採集到的電力雖然很小，但由於其無需乾電池的便利性，已開始受到世人的熱切關注。由於周邊部件特性的提高，其可適用的用途在逐步增加。高效率且低功耗的無線IC，將推動其採用的擴大。 

　　對我們身邊微小的振動、光、熱及電磁波等能量加以收集利用的技術，就是「能量採集」。有效利用我們平常忽略的微小能量的概念，如今正在引起關注。 

　　「能量採集相關設備市場將從2010年的6.05億美元擴大到2020年的44億美元。」英國IDTechEx 公司預測（*1）。美國的Innovative Research and Products 公司也表示：「2009年的市場規模為795萬美元，但將以73.6％的年率增長，到2014年將達到12.54億美元。」（*2） 

*1:Harrop ,P.et al.,Energy Harvesting and Storage for Electronic Devices 2010-2020, IDTechEx Ltd.,July 2010. 

*2:Innovative Research and Products, Inc.,ULTRA-LOW POWER (MICROWATT) ENERGY HARVESTING FOR WIRELESS SWITCHES AND WIRELESS SENSOR NETWORKING TYPES,APPLECATIONS,NEW DEVELOPMENTS,INDUSTRY,April 2010. 
最大的賣點是「無需電池」 

　　能量採集又稱為「環境發電」，具有可在各種條件下發電的優點（圖1）。只是所獲得的能量非常小（表1）（*3），大半器件的發電量，都只有μW級。如果裝在智慧手機上，其所提供的電量不足以使手機不用充電。 

*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. 

圖1 我們身邊存在著各種各樣的能量來源 能量採集技術，是指對此前棄之不用的微小能量加以收集和有效利用的技術。能量來源有振動、光、熱和電磁波等。 （插圖：楠本禮子）

只能得到微小電力，卻仍獲得了市場的熱切期待，是因為其具有的「高度便利性」。能量採集的最大賣點，是採用此技術的設備將無需連接線，無需換電池和維護（圖2）。就是說，不是「低功耗」，而是可實現「無功耗」。 

圖2 因無電池便利性提高 要點為：不需要一次性電池的更換與配線（a） 。組合電容與發電機的「振動發電電池」（b） 。與乾電池的尺寸與形狀相同，可以直接在遙控器上使用。NHK富山電視臺與湯淺工機共同開發了轉播車千斤頂遙控器試製品（c） ，用手指按鈕的力量來發電。

　　為享受到這種便利而欲採用該技術的領域在一點點地擴大。如，于2010年11月3日開館的日本千葉縣千葉市Hoki美術館，已決定採用能量採集技術的開關（語音導覽用）。並已經完成了設置。 

　　因控制信號以無線方式交換，無需為開關裝設新的配線。在需要頻繁改動展示品佈局的美術館等，電源線纜的敷設是很大的負擔。而無需佈線的能量採集技術在這裡就能發揮其優勢。 

周邊部件已有變化 

　　能量採集系統典型的構成要素有如下幾個：首先①檢測出能量來源並使其發電；②電源電路將獲得的電力加以轉換，儲存在電容或充電電池中；③使用積蓄的電力驅動微控制器與感測器；④將感測器得到的資訊以無線方式傳送到外部（注1）。 

注1：兼有①～④功能的單元的價格「5萬個批量購入時，每個約為12美元」（淩力爾特公司的Armstrong 語）。 
　　能量採集觀念古已有之，研究的歷史也很長。其採用之所以直到最近才開始急速擴大，是因為周邊部件有了大的進步，在上述的要素中相當於②～④，以及由此可適用範圍的擴大。（未完待續 記者：久米秀尚）