日本無線供電課題：傳感器到宇宙光伏發(fā)電

　　因東日本大地震的影響，日本的“電子信息通信學(xué)會(huì)2012年綜合大會(huì)”隔了一年才再次舉辦。在2010年的上屆大會(huì)上吸引了與會(huì)者目光的無線供電技術(shù)此次更是備受矚目。本屆大會(huì)的發(fā)表數(shù)量增加，甚至有人站著聽講。

　　上屆綜合大會(huì)上大多是旨在用于汽車的研究發(fā)表，而此次還出現(xiàn)了瞄準(zhǔn)其他用途的動(dòng)向（圖1）。除了汽車和已經(jīng)開始實(shí)用化的智能手機(jī)外，從mW級(jí)的小電力到1萬kW以上大電力用途的應(yīng)用已經(jīng)開始進(jìn)入具體討論階段。

　　以mW級(jí)為例，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）和京都大學(xué)等考慮在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中采用無線供電。京都大學(xué)試制出了采用微波無線供電的系統(tǒng)，用作ZigBee通信方式的無線傳感器驅(qū)動(dòng)電源。超大電力方面也有發(fā)表顯示，宇宙光伏電站（solar power satellite/station：SPS）的綜合研究正在一點(diǎn)一滴地扎實(shí)推進(jìn)。

　　考慮到對(duì)人體影響的線圈

　　此次，除了應(yīng)用范圍得到擴(kuò)大外，還大量發(fā)表了解決實(shí)用化課題的研究成果。比如，對(duì)人體影響的評(píng)測(cè)以及電力傳輸效率的提高。

　　尤其是對(duì)人體影響的評(píng)測(cè)，在實(shí)用化時(shí)是不可或缺的。此前基本沒有相關(guān)發(fā)表，而此次設(shè)想了實(shí)際利用場(chǎng)景的影響評(píng)測(cè)接連不斷。

　　圖1：用途不斷擴(kuò)大

　　無線供電的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大。此前大多是面向智能手機(jī)和汽車的研究開發(fā)，而最近，從傳感器到宇宙光伏發(fā)電等多種用途的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入具體討論階段。

　　例如，東京理科大學(xué)的研發(fā)小組發(fā)表了設(shè)想為人工心臟的電源無線供電的研究?jī)?nèi)容。該小組驗(yàn)證了供受電線圈配置位置不同時(shí)的人體輻射變化（圖2）。比較了配置在胸大肌上和配置在前鋸肌上（靠近腋下）的情況。供電線圈和受電線圈間的距離為5mm。傳輸條件方面，輸出電力為20W，傳輸頻率為600kHz。

　　圖2：減小電流密度

　　設(shè)想用于人工心臟，探討了應(yīng)該將線圈配置在人體的哪個(gè)位置。比較了配置在胸大肌上和前鋸肌上（靠近腋下）的情況后得知，配置在胸大肌上可以減小電流密度。，體素模型以信息通信研究機(jī)構(gòu)（NICT）的模型為基礎(chǔ)。（圖由本刊根據(jù)東京理科大學(xué)副教授柴建次的數(shù)據(jù)制作）

　　驗(yàn)證結(jié)果顯示，起刺激作用的指標(biāo)——電流密度J（A/m2）在受電線圈周圍的皮膚和肌肉上稍高，為2～4A/m2，不過仍然在國(guó)際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)（ICNIRP）的職業(yè)輻射標(biāo)準(zhǔn)值以下注1）。比較供受電線圈的配置位置后證實(shí)，根據(jù)電流密度的分布來看，“考慮到對(duì)肺和肝臟等臟器的影響，還是配置在胸大肌上比較合適”（東京理科大學(xué)基礎(chǔ)工學(xué)部電子應(yīng)用工學(xué)科副教授柴建次）。

　　注1） 電磁場(chǎng)對(duì)人體組織產(chǎn)生的主要影響包括：人體組織內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱引起溫度上升的熱作用，以及感應(yīng)電流引起肌肉和神經(jīng)興奮的刺激作用。熱作用的指標(biāo)采用單位重量的吸收電力SAR（specific absorption rate（W/kg）），刺激作用的指標(biāo)采用電流密度J（A/m2）和體內(nèi)電場(chǎng)E（V/m）。

　　“人體碰到受電側(cè)周圍存在的非接地導(dǎo)體時(shí)的接觸電流也應(yīng)該列入考慮范圍”。這是首都大學(xué)東京的教授多氣昌生領(lǐng)導(dǎo)的研發(fā)小組提出的。該小組在此次發(fā)表中表明，有時(shí)即使達(dá)到了ICNIRP指南的基本限制值，也達(dá)不到接觸電流的參考水平。