진동 발전기

Vibration-powered generator
음압파에 의해 교란되는 압전 다이어프램으로 이루어진 변환기.

진동 발전기는 진동에서 전기에너지로 운동 에너지를 변환하는 발전기의 한 종류이다.진동은 음압파 또는 기타 주변 진동에서 발생할 수 있습니다.

진동 발전기는 보통 진동원을 증폭하는 데 사용되는 공진기와 진동에서 나오는 에너지를 전기 에너지로 변환하는 변환기 메커니즘으로 구성됩니다.변환기는 보통 자석과 코일 또는 압전 [1]결정으로 구성됩니다.

전자파 발생기

전자기 기반 발전기는 패러데이의 유도 법칙을 사용하여 진동의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환합니다.유연한 막이나 캔틸레버 빔에 부착된 자석과 코일로 구성됩니다.진동은 자석과 코일 사이의 거리를 변화시켜 자속의 변화를 일으키고 전자력을 발생시킵니다.일반적으로 코일은 반자성 재료를 사용하여 제작됩니다. 반자성 재료는 진동을 흡수하는 자석과의 상호작용이 약하기 때문입니다.이러한 유형의 발전기의 주요 장점은 압전 [1]발전기보다 더 많은 전력을 생산할 수 있다는 것입니다.전자파 기반의 진동 발전기가 상용화됐다.

개발 및 응용 프로그램

소형 전자기 진동 에너지 발생기는 2007년 사우샘프턴 대학의 팀에 의해 개발되었다.이 특별한 장치는 끝에 자석이 부착된 캔틸레버 빔으로 구성됩니다.빔은 주변 소스의 [2]진동에 따라 위아래로 움직입니다.이 장치를 사용하면 전기선이나 배터리 교체 없이 접근이 어려운 위치에 있는 센서에 전원을 공급할 수 있습니다.센서에 접근할 수 없는 곳에서 자체 전력을 생성하여 외부 [2]수신기로 데이터를 전송할 수 있습니다.이 발전기는 공기 압축기에 사용하기 위해 개발되었으며, 제조 공장의 기계 센서나 교량의 건전성을 감시하는 센서와 같은 고진동 환경에서 전력을 공급할 수 있다.Southampton 대학에서 개발된 자기 진동 에너지 수확기의 주요 한계 중 하나는 발전기의 크기입니다.약 1입방센티미터로, 이 장치는 현대 전자 기기에서는 [2]사용하기에는 너무 클 것이다.향후 기기 크기가 개선되면 심장 박동기와 같은 의료용 이식 기기에 이상적인 전원이 될 수 있다.이 장치를 만든 팀에 따르면, 심장 근육으로부터의 진동은 이 발전기가 심장 [2]박동기를 작동시키기에 충분할 것이라고 한다.이렇게 하면 배터리를 수술로 교체할 필요가 없어집니다.

2012년 Northwestern University의 한 그룹이 스프링 형태의 폴리머로 진동 동력 발전기를 개발했습니다.이 장치는 Southampton 대학 그룹 캔틸레버 기반 장치와 동일한 주파수의 진동으로부터 에너지를 수집할 수 있었지만 다른 장치의 [3]약 1/3 크기였다.

압전 발전기

압전 기반 발전기는 압전 결정으로 만들어진 얇은 막이나 캔틸레버 빔을 변환기 메커니즘으로 사용합니다.진동의 운동 에너지로 결정체가 변형되면 압전 효과로 인해 소량의 전류가 생성됩니다.이러한 메커니즘은 일반적으로 매우 단순하고 가동 부품이 적으며 사용 수명이 매우 긴 경향이 있습니다.이것은 그것들을 [3][4]진동으로부터 에너지를 얻는 가장 인기 있는 방법으로 만든다.이러한 메커니즘은 MEMS 제조 프로세스를 사용하여 제조할 수 있으며, 이를 통해 매우 작은 [4]규모로 작성할 수 있습니다.이러한 소규모 압전 발전기를 만들 수 있는 능력은 전자파 발전기에 비해 특히 마이크로 전자 장치에 전력을 공급하기 위해 발전기가 개발될 때 이 방법의 주요 장점입니다.압전 진동 발생기가 [1]상용화됐다.

개발 및 응용 프로그램

개발 중인 압전 발전기 중 하나는 압전 캔틸레버 [3]빔의 끝에 있는 물방울을 사용한다.물방울은 빔의 끝에서 매달려 있고 진동의 운동에너지에 의해 들뜨게 됩니다.그 결과 물방울이 진동하게 되고, 물방울이 매달려 있는 빔이 위아래로 휘게 됩니다.이 편향은 압전 효과를 통해 에너지로 변환되는 변형률입니다.이 방법의 주요 장점은 광범위한 여자 주파수에 맞게 조정할 수 있다는 것입니다.물방울의 고유 주파수는 그 크기에 따른 함수이므로 물방울의 크기를 변경하면 물방울의 고유 주파수와 압력파가 전기 에너지로 변환되는 주파수가 일치합니다.이러한 주파수를 일치시키면 물방울의 진폭 진동이 가장 커지며, 결과적으로 압전 [3]빔에 큰 힘과 더 큰 변형이 발생합니다.

또 다른 애플리케이션은 비행 중 발생하는 진동을 현재 배터리에 의존하는 비행기의 전자 장치에 전원을 공급하기 위해 사용하려고 한다.이러한 시스템은 신뢰성 높은 에너지원을 제공할 수 있으며, 배터리를 더 이상 교체할 필요가 없고 압전 시스템의 수명이 [4][5]길기 때문에 유지보수를 줄일 수 있습니다.이 시스템은 공기 흐름이 높은 진폭의 안정음을 형성할 수 있는 공진기와 함께 사용됩니다.많은 관악기에도 같은 원리가 적용되어 연주자가 제공하는 공기의 흐름을 크고 안정된 [5]음색으로 변환합니다.이 톤은 압전 발전기에 의해 운동 에너지에서 전기 에너지로 변환되는 진동으로 사용됩니다.이 애플리케이션은 아직 개발 초기 단계에 있습니다. 이 개념은 스케일 모델에서 입증되었지만 시스템을 [5]전면적으로 테스트하기 전에 최적화해야 합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c Khan, Farid Ullah; Izhar (2015). "State of the art in acoustic energy harvesting". Journal of Micromechanics and Microengineering. 25 (2): 023001. doi:10.1088/0960-1317/25/2/023001.
  2. ^ a b c d "좋은 느낌의 발전기" BBC 뉴스 2007년 7월 5일
  3. ^ a b c d Lee, Young Rang; Shin, Jae Hun; Park, Il Song; Rhee, Kyehan; Chung, Sang Kug (2015-07-15). "Energy harvesting based on acoustically oscillating liquid droplets". Sensors and Actuators A: Physical. Special Issue of the Micromechanics Section of Sensors and Actuators based upon contributions revised from the Technical Digest of the 27th IEEE International Conference on MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEMS (MEMS-14; 26–30 January 2014, San Francisco, CA, USA). 231: 8–14. doi:10.1016/j.sna.2015.03.009.
  4. ^ a b c Cui, Yan; Zhang, Qunying; Yao, Minglei; Dong, Weijie; Gao, Shiqiao (2015-04-01). "Vibration piezoelectric energy harvester with multi-beam". AIP Advances. 5 (4): 041332. doi:10.1063/1.4919049. ISSN 2158-3226.
  5. ^ a b c Zou, Huajie; Chen, Hejuan; Zhu, Xiaoguang (2015-03-01). "Piezoelectric energy harvesting from vibrations induced by jet-resonator system". Mechatronics. 26: 29–35. doi:10.1016/j.mechatronics.2015.01.002.