Виброгенератор
Генератор с вибрационным приводом — это тип электрического генератора , который преобразует кинетическую энергию вибрации в электрическую энергию. Вибрация может быть вызвана волнами звукового давления или другими вибрациями окружающей среды.
Генераторы с вибрационным питанием обычно состоят из резонатора , который используется для усиления источника вибрации, и механизма преобразователя , который преобразует энергию вибраций в электрическую энергию. Преобразователь обычно состоит из магнита и катушки или пьезоэлектрического кристалла. [1]
Электромагнитные генераторы
[ редактировать ]Электромагнитные генераторы используют закон индукции Фарадея для преобразования кинетической энергии вибраций в электрическую энергию. Они состоят из магнитов, прикрепленных к гибкой мембране или консольной балке , и катушки. Вибрации вызывают изменение расстояния между магнитом и катушкой, что приводит к изменению магнитного потока и возникновению электромагнитной силы . Обычно катушка изготавливается из диамагнитного материала, поскольку эти материалы имеют более слабое взаимодействие с магнитом, которое гасит вибрацию. Основным преимуществом генератора этого типа является то, что он способен производить большую мощность, чем пьезоэлектрические генераторы. [1] Генераторы с вибрационным приводом на электромагнитной основе были коммерциализированы.
Разработка и приложения
[ редактировать ]Миниатюрный генератор энергии электромагнитных колебаний был разработан командой из Университета Саутгемптона в 2007 году. Это конкретное устройство состоит из консольной балки с прикрепленным к концу магнитом. Луч движется вверх и вниз, поскольку устройство подвергается вибрациям от окружающих источников. [2] Это устройство позволяет питать датчики в труднодоступных местах без электрических проводов и батарей, которые необходимо заменять. Датчики в недоступных местах теперь могут генерировать собственную энергию и передавать данные внешним приёмникам . [2] Генератор был разработан для использования в воздушных компрессорах и способен питать устройства в условиях высокой вибрации, например, датчики на оборудовании на производственных предприятиях или датчики, которые контролируют состояние мостов. Одним из основных ограничений устройства сбора энергии магнитных вибраций, разработанного в Университете Саутгемптона, является размер генератора. Это устройство размером примерно в один кубический сантиметр было бы слишком большим для использования в современных электронных устройствах. [2] Будущие улучшения размеров устройства могут сделать его идеальным источником питания для медицинских имплантируемых устройств, таких как кардиостимуляторы . По мнению команды, создавшей устройство, вибраций сердечной мышцы будет достаточно, чтобы генератор мог питать кардиостимулятор. [2] Это избавит от необходимости хирургической замены батарей.
В 2012 году группа Северо-Западного университета разработала виброгенератор из полимера в форме пружины. Это устройство было способно собирать энергию от вибраций на тех же частотах, что и консольное устройство группы Саутгемптонского университета, но примерно в треть размера другого устройства. [3]
Пьезоэлектрические генераторы
[ редактировать ]В генераторах на основе пьезоэлектриков в качестве преобразовательного механизма используются тонкие мембраны или консольные балки из пьезоэлектрических кристаллов. Когда кристалл подвергается деформации из-за кинетической энергии вибрации, благодаря пьезоэлектрическому эффекту возникает небольшой ток. Эти механизмы обычно очень просты, имеют мало движущихся частей и имеют очень длительный срок службы. Это делает их самым популярным методом сбора энергии из вибраций. [3] [4] Эти механизмы могут быть изготовлены с использованием процесса изготовления МЭМС , что позволяет создавать их в очень небольших масштабах. [4] Возможность изготовления пьезоэлектрических генераторов в таких небольших масштабах является основным преимуществом этого метода перед электромагнитными генераторами, особенно когда генератор разрабатывается для питания микроэлектронных устройств. Пьезоэлектрический генератор вибрации выведен в серийное производство. [1]
Разработка и приложения
[ редактировать ]Один из разрабатываемых пьезоэлектрических генераторов использует капли воды на конце пьезоэлектрической консольной балки. [3] Капли воды свисают с конца балки и подвергаются возбуждению за счет кинетической энергии колебаний. Это приводит к колебаниям капель воды, что, в свою очередь, заставляет балку, на которой они висят, отклоняться вверх и вниз. Это отклонение представляет собой деформацию, которая преобразуется в энергию посредством пьезоэлектрического эффекта. Основным преимуществом этого метода является то, что его можно адаптировать к широкому диапазону частот возбуждения. капли Собственная частота воды зависит от ее размера; поэтому изменение размера капли воды позволяет согласовать собственную частоту капли и частоту волны давления, преобразуемой в электрическую энергию. Согласование этих частот вызывает колебания капли воды с наибольшей амплитудой, что приводит к большей силе и большей деформации пьезоэлектрического луча. [3]
Другое приложение направлено на использование вибраций, создаваемых во время полета самолета, для питания электроники самолета, которая в настоящее время работает от батарей. Такая система позволит создать надежный источник энергии и сократить расходы на техническое обслуживание, поскольку батареи больше не будут нуждаться в замене, а пьезоэлектрические системы будут иметь длительный срок службы. [4] [5] В этой системе используется резонатор , который позволяет воздушному потоку формировать устойчивый тон высокой амплитуды. Тот же принцип используется во многих духовых инструментах, преобразуя воздушный поток, исходящий от музыканта, в громкий устойчивый звук. [5] Этот тон используется как вибрация, которая преобразуется пьезоэлектрическим генератором из кинетической энергии в электрическую. Это приложение все еще находится на ранней стадии разработки; концепция была проверена на масштабной модели, но систему все еще необходимо оптимизировать, прежде чем она будет протестирована в полном масштабе. [5]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Хан, Фарид Улла; Ижар (2015). «Современное состояние сбора акустической энергии» . Журнал микромеханики и микроинженерии . 25 (2): 023001. doi : 10.1088/0960-1317/25/2/023001 .
- ^ Jump up to: а б с д «Хорошие вибрации питают крошечный генератор». Новости Би-би-си . 5 июля 2007 г.
- ^ Jump up to: а б с д Ли, Янг Ранг; Шин, Джэ Хун; Пак, Иль Сонг; Ри, Кихан; Чунг, Санг Куг (15 июля 2015 г.). «Сбор энергии на основе акустически колеблющихся капель жидкости». Датчики и исполнительные механизмы A: Физические . Специальный выпуск раздела «Микромеханика датчиков и исполнительных механизмов», основанный на материалах, пересмотренных из Технического сборника 27-й Международной конференции IEEE по МИКРО-ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМ СИСТЕМАМ (MEMS-14; 26–30 января 2014 г., Сан-Франциско, Калифорния, США). 231 : 8–14. дои : 10.1016/j.sna.2015.03.009 .
- ^ Jump up to: а б с ; Гао, Шицяо (01 г. апреля ) Яо , Минглей 2015 Цуй, Ян ; . 10.1063/ . ISSN 2158-3226 1.4919049
- ^ Jump up to: а б с Цзоу, Хуацзе; Чен, Хэцзюань; Чжу, Сяогуан (01 марта 2015 г.). «Сбор пьезоэлектрической энергии из вибраций, создаваемых струйно-резонаторной системой». Мехатроника . 26 : 29–35. doi : 10.1016/j.mechatronics.2015.01.002 .
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
