Небольшой виброгенератор сможет заменить дисковые батареи

Ученые из Японского Университета разработали малогабаритный вибрационный генератор, примерные размеры которого составляют 2х3х12мм. Этот генератор может выдавать мощность 1,56мВт от вибраций частотой 357Гц.

Плотность энергии генератора, который был разработан Тосиюки Уэно (Toshiyuki Ueno), доцентом Университета Канадзава, составляет около 22мВт/см³. Это примерно в 20 раз выше, чем плотность существующих виброгенераторов, которая составляет около 1мВт/см³. По словам Уэно, "плотности энергии этого генератора достаточно чтобы заменить батарею-таблетку". Он планирует использовать подобный генератор в системе мониторинга давления шин (TPMS) автомобиля и других мобильных устройствах.

В качестве энергогенерирующего элемента, Уэно использует магнитострикционный материал, называемый Галфенолом ("Galfenol" (Fe_81.4Ga_18.6)), который представляет собой сплав железа (Fe) и галлия (Ga) и имеет большой коэфффициент магнитострикции. Магнитострикция - это эффект изменения размеров объекта в зависимости от намагниченности (по аналогии с пъезо-электрическим эффектом - прим. переводчика). В случае Галфенола его коэффициент магнитострикции составляет 300ppm (прут длиной 1км будет удлинняться на 300мм).

Для выработки электроэнергии, Уэно использует обратный магнитострикционный эффект. Обратный магнитострикционный эффект выражается в изменении намагниченности при изменении размеров объекта. В случае Галфенола магнитная индукция изменяется более чем на 1Тл (1 Тесла) при сжимающих нагрузках. Изменение магнитного потока вырабатывает индукционное напряжение.

Ганфенол был впервые произведен в США в 1998 году. Но это первый случай его использования в вибро-генераторах, говорит Уэно. Галфенол это пластичный материал легкий в обработке, в отличие от хрупких пьезоэлектрических материалов которые обычно используются для генерации энергии от вибрации. Тербиум (Tb), Диспозиум (Dy) и Терфенол-Д - это супер магнитострикционные материалы, которые превосходят Галфенол по величине проявления эффекта, который у них достигает величины 1000ppm. Но эти материалы тоже являются очень хрупкими.

Уэно создал компактную структуру, которая при этом может производить довольно большое количество энергии, благодаря пластичности Галфенола. Генератор состоит из двух стержтей из Галфенола, один конец которых зафиксирован, а к другому концу стержней прикреплен подвижный груз. На обоих стержнях намотаны катушки из тонкого провода, в них и происходит преобразование механической энергии в электричество. Сверху над катушками размещен постоянный магнит для создания начальной намагниченности. Когда подвижный груз вибрирует, один стержень сжимается, а другой вытягивается. При движении груза вверх-вниз стержни поочередно сжимаются и растягиваются, изменение магнитного поля наводит индукционный ток в катушках. Благодаря пластичности Галфенола, даже тонкие стержни не ломаются. Размеры стержней 1х0.5х10мм.

В дополнении к этому Галфенол имеет отличную термическую стойкость, его температура Кюри составляет 700°C и его магнитные свойства остаются постоянными в диапазоне температур от -200°C до +200°C. Таким образом Галфенол подходит для жестких условий эксплуатации.

Источник перевода http://techon.nikkeibp.co.jp