振动发电机指一种利用电磁感应原理,把振动机械能转变为电能的设备。
研究历史
振动发电技术已经有些历史了,而人们也依然在开发更多这类能够将机械能转变成电能的工具。荷兰一家夜总会利用弹簧地板收集人们舞动时的能量并且将其转化为电能供应照明,已经成了新能源行业的一个经典案例,但是这种方式显然不适合家庭使用。在微型化振动发电的领域,几年前就已经有了与这块电池相似的产品问世。
最传统的做法是使用一块悬挂的磁铁,发电机是通过电磁感应来完成能量转换的。电磁感应则是通过将线圈放置在一个变化的磁场中产生,这个过程和大型发电厂的大型发电机类似。大多数微型发电机体积只有一立方厘米。
在2007年,
英国南安普顿大学的一个研究小组就已经开发出了如同方糖大小的振动发电机,并且试图将其用于工业领域的传感器上,例如煤矿、油田、化工厂或者其他类似恶劣环境下的监控设备等等。他们甚至还计划将这种发电机进一步微型化之后植入人体,为那些需要长时间供电的医疗设备提供电力,只是这些都尚未商业化。
研究进展
英国的工程师们已经为一种新颖的微型发电机申请了专利并正在生产评估样品。这种简单的振动发电装置可以代替电池或硬线电力供应设备,从而为数以百万计用在石油和天然气行业的
无线传感器提供电力,提高可靠性并最终节省数百万美元。
英国南安普敦大学下属Perpetuum公司称其研制的振动发电装置PMG17是一种安全且耐用的电池和硬线供电设备替代品。这种微型发电机利用精心设计的共鸣磁铁和线圈布置将机械振动转化为电力,从而为整个无线传感系统提供动力。产生的电力足够通过多种无线网络为几个低能耗无线传感器提供电力。
让汽车在耗能的同时也能产生新的能量,以色列科学家找到一种利用汽车运动让街道和公路发电的方式。这项技术的奥秘在于路面下铺设了一种特殊的材料——微型压电晶体,这种压电晶体在受到挤压变形时会产生少量电量(相当于将等量的正负电荷分离,出现了电压),而当成千上万个压电晶体被植入公路表面时,公路便可产生巨大的电能。
在最近进行的一次实验中,因诺瓦科技公司的研究人员让一辆货车驶过道路,铺设在路面下的发电设备便开始工作,产生的电流成功地把灯泡点亮了。研究人员还表示,这种发电系统的具体发电能力取决于路面上通行车辆的数量、重量和行驶速度,理想情况下每公里路段每小时的发电量可达400度,足以供应800户人家的日常用电需求。
由于这项发电技术不产生任何额外污染,且植入沥青内的压电晶体的使用寿命一般可达30年,路面改造成本也不是很高,所以开发前景广阔。近年来,许多国家开始关注并投入于类似技术的研究。
美国科学家曾在都灵火车站进行了一项实验,他们制造了一个发电机原型,利用人的脚步移动发电。他们表示,相当数量的人的脚步移动足可以产生牵引一辆火车的电量。
全世界第一家通过跳舞发电的迪厅在荷兰鹿特丹开业。在这家名为“瓦特俱乐部”的迪厅,舞池中大约1/3的用电是跳舞的宾客们自己制造的。
2009年7月10日,坐落在伦敦繁华的国王十字大街的生态环保夜总会将开张纳客。环保夜总会提供有机饮料、选用可回收餐具、在卫生间安装水循环系统以节约用水,最具创新的是它有一个会发电的舞池。当年轻男女在舞池中尽情挥洒青春之时,地板可以将人们随音乐舞动而产生的能量通过地板下面的弹簧和一系列发电装置转化成电能储存在充电电池中,据说采用这套装置,理想情况下可以解决夜总会60%电力需求,舞迷们在狂欢之余也为环保“踩”出了积极的贡献。
日本的音力发电公司也开发出一种“发电地板”。在2008年圣诞节前夕,研究人员在东京涉谷火车站的人行道上铺设了四块地嵌板。当行人从上面踩过时,嵌板就可以进行发电,并为圣诞灯饰提供电力供应,据测定,平均每个人从45平方厘米的地板上走过两次就可以产生0.5瓦·秒的电能。同时旁边还有显示累计产生电能的电子屏。
音力发电公司还打算把震动发电技术应用到日常生活用品中。比如他们正在与一家著名的运动服装制造商共同研制一种内置震动发电机的“发电鞋”。人们穿上“发电鞋”走路时,顺便还能给随身携带的音乐播放器和手机充电。
美国密歇根大学的科学家们近日开发出一种微型发电机,可以通过车辆移动、工厂作业和人类运动等产生的随机振动产生出足够的电能,可为手表、心脏起搏器和无线传感器等设备提供能量。据悉,研究者已经建立了三个原型,第四个原型即将出炉。
其中的两个发电机原型是通过电磁感应来完成能量转换的,电磁感应是通过将线圈放置在一个变化的磁场中产生的,这个过程和大型发电厂的大型发电机类似。微型发电机体积只有一立方厘米。这台最新颖和最小巧的设备采用
压电材料制作而成,当压电材料受到压力时,会产生电荷。这种特性已经用在基础设施的安全监控上。这种发电机在将来可以用来为大桥感应器供电,大桥感应器在人类的眼睛可以发现问题前,可以用来对裂缝和侵蚀问题提出警告。
研究者称,利用人类身体的独特振幅,这台微型发电机就可以产生0.5毫瓦的电能(500微瓦),这些能量足够用来驱动手表,手表驱动只需要1到10微瓦之间的能量。这些能量还可以驱动
心脏起搏器,它需要10到50微瓦的能量。研究者希望微型发电机得到广泛运用。研究者噶尔谢夫说:“这种发电机最终的目标是能够运用在各个方面,例如远程无线传感器和移植手术式医疗设备。这种发电机具有很长的使用寿命,可以用在更换耗尽的电池非常昂贵的地方,以及用在更糟糕的地方,那就是必须通过连线来为传感器提供电能。”