2010年03月28日

ミシガン大学が開発したミニ振動発電機はランダムな低周波振動でも発電できるが。。。

ミシガン大学が開発した振動発電機です。
単三電池の半分くらいの大きさです。
オムロンや三洋電機が発表した振動発電機のプロトタイプと同じくらいの大きさで、
人間が持って歩くような低周波・ランダム振動で「最大」500マイクロワットできるとのこと。
どういう仕組みでしょうか。

ミシガン大学では、プロトタイプを4つ作ったとのことで、最初の2つは電磁誘導方式、3つ目は圧電素子を使っているそうです。
低周波・ランダム振動で発電できる原理は、どちらも同じです。

michigan.jpg
電磁誘導タイプの発電機の断面図を上に示します。

真ん中の、Inertial Massという錘(おもり)は、スプリングで支えられていて、上の磁石にくっつくか、下の磁石にくっつくか、2つに1つの状態にしかなりません。
人間が持って歩くと、その振動で、この真ん中の錘が、上の磁石にくっついたり、下の磁石にくっついたりします。
磁石にくっついたり離れたりする衝撃で、上部および下部の発電機の磁石が細かく振動します。この振動で、磁石の周りのコイルに誘導電流が流れて発電するというわけです。

人間の振動が低周波・ランダムでも、発電機の磁石は固有振動数で振動して発電します。
普通の振動発電機は、外部の振動と内部の錘の振動を共振させないと発電しないのに対して、この方法では、外部振動と内部振動が共振しなくても発電できるというわけです。


しかし、共振しないということは、あまり効率が上がらないということでもあります。

そして、力学エネルギーの移動をみると、外部振動から、いったん真ん中の錘を振動させ、さらに上下の発電機の錘を振動させて発電するという、3段階になっています。

発電機自体が変形する相対運動発電が1段階、普通の振動発電機が2段階、そして、この発電機の方式は3段階のエネルギー変換を行っています。
3段階もエネルギー変換を行いますので、、それほど大きなエネルギーがとれるわけではありません。

実際、500マイクロワット発電できるのは、真ん中の錘が磁石に付いたり離れたりする瞬間だけで、平均すると発電量はその数十分の1になってしまいます。
例えば、2009年に発表した論文では、1G、10Hzの振動で、最大288マイクロワット、平均5.8マイクロワット発電したとのことです。(デバイスサイズは2.1cm3、ケースを含めて3.7cm3)

ちょっと話題になった発表ですが、過大評価は禁物です。

参考情報:
Mini generators make energy from random ambient vibrations
(2010年3月18日、ミシガン大学)
Tiny, energy-scavenging generators could have big impact
(2010年3月25日、engadget)
A Parametric Frequency Increased Power Generator for Scavenging Low
Frequency Ambient Vibrations
Tzeno Galchev, Hanseup Kim, and Khalil Najafi
(Proceedings of the Eurosensors XXIII conference,2009)

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posted by 竹内敬治 at 19:40 | Comment(0) | TrackBack(0) | エネルギー・ハーベスティング | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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