Микрогенератор - энергия встряски. Дата: 29.12.2008 Раздел: Механика
Использование энергии окружающей среды для питания маломощных устройств становится все более распространённым. Ниже описан один из микрогенераторов, построенный на известных принципах электродинамики, но, тем не менее, благодаря миниатюризации, имеющий перспективы в современном мире.
Миниатюрный генератор превращает энергию естественных вибраций и тряски в электричество: он фактически вечен.
"Вечный" генератор объемом меньше 1 куб. см
Прежде всего, предназначен для использования с теми инструментами, замена батарей в которых затруднена – например, в искусственном сердце, или в миниатюрных беспроводных датчиках. Принцип получения энергии из вибрации не нов: естественные сотрясения колеблют закрепленный на рычажке магнит, генерируя электричество. Однако, по словам разработчиков нового генератора, – группы британских ученых во главе со (Steve Beeby) – их решение на порядок эффективнее аналогов.
Конечно, на выходе такой крохотный генератор продуцирует совсем немного энергии – несколько микроватт – но этого более чем достаточно для использования в качестве источника электричества для датчиков в промышленном оборудовании. В этой области «генератор Биби» может породить настоящий прорыв: пока что провода и батареи остаются самыми массивными элементами этих устройств, и требующими основного ухода. Среди других потенциальных вариантов использования генератора – в датчиках, следящих за состоянием дорог и мостов, а также в генераторе импульсов, работающем как часть искусственного сердца.
Маленькое устройство стало результатом работы большого проекта , задача которого – создание рабочих генераторов на основе естественной энергии вибраций. Европейское Сообщество выделило на разработку этой перспективной технологии больше 14 млн. евро.
Действительно, на энергию вибраций многие специалисты возлагают весьма большие надежды. Читайте об этом: «».
Более подробно конструкция данного генератора описана в , откуда взяты рисунки и описание.
Вообще, генератор оказывается весьма интересным. Его КПД преобразования энергии вибрации в электрическую составляет около 30%, что весьма неплохой показатель для таких миниатюрных размеров. Объем механической части генератора составляет 0.15 см.куб.
Конструкция его механической части представлена на рисунке ниже.
Катушка закреплена на упругой балке, и находится в поле постоянных магнитов. Размеры магнитов 1х1х1.5мм каждый (4шт). Катушка содержала 600, 1200 и 2300 витков провода диаметром от 25 до 12 микрон.
Максимальная выходная мощность вырабатывалась на резонансной частоте и составляла для всех катушек около 45мкВт (от 100 до 400 мкА). И это при амплитуде вибрации 60 мg (g=9.8 м/с2). Выходное напряжение на нагрузке при этом было от 100мВ до 430мВ (среднее значение).
Резонансная частота балки в данном генераторе выбрана около 52 Гц, чтобы лежать близко к частоте сети, а, следовательно частоте работы многих моторов, трансформаторов и т.п.
Напоследок, хотелось бы привести формулу, которая может быть полезна самодельщикам для лучшего понимания работы таких индуктивных преобразователей.
Это формула показывает количество энергии в колебательной системе с демпфированием. Здесь m - масса, Y - амплитуда колебаний, w- угловая частота колебаний, Eт - коэффициент демпфирования.
Из формулы видно, что возможную выходную мощность такого генератора следует наращивать, по возможности, во-первых, увеличивая частоту колебаний маятника (кубическая зависимость); во-вторых, увеличивая амплитуду колебания (в квадрате); в-третьих, увеличивая массу маятника, при этом рост будет минимальным и пропорционален массе.
По этому же принципу работают и, ранее описанные здесь на сайте, генераторы , , , . Поэтому, приведённая выше, формула даёт направление оптимизации подобных электромагнитных генераторов.
