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微型振动发电机:只有我最摇摆

  虽然微型振动发电机发出的电量有限,但还是能够满足遥控器、LED光源等设备的使用。

  虽然内置锂离子充电电池已经出现在越来越多的手持设备当中,但是传统的碱性锌锰干电池还是有它的用武之地。我们经常能够在闹钟、遥控器之类的小设备上见到这类电池,而垃圾桶上也一般都设置了专门回收废电池的小仓以避免随便抛弃带来的污染。

  最近的一项技术改进也许能够让这类电池的污染更少一点:日本兄弟工业公司(Brother Industries Ltd)最近开发出一种外形像是干电池的微型发电机,能够产生数十到一百多毫瓦的电力,足以满足遥控器这类低耗电设备的需要。只要摇上几秒钟,就足以将电视的频道换个遍。

  这种技术被叫做VpGB,是“振动发电电池(Vibration-power Generating Battery)”的缩写。它由一个微型振动发电机和一个电容构成,十分适合家庭设备使用。看起来这像是很快会出现在我们生活中的产品,不需要改变现有其他用电产品的设计,可能是它最大的优点之一。

  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。

  然而,如果需要这种产品,则需要将大批现在正在使用的设备重新设计,以让它能够和这种发电机配合得更好。

  这显然是成本高昂的行为—对商业世界来说,技术是否先进往往并不是被选中的唯一标准。而兄弟工业公司则巧妙地避开了这种困扰:它的技术原理和南安普顿大学的发电机十分相似,但是外形却更为合理。现在兄弟工业公司已经设计出了两种大小三种型号的产品,分别与传统5号电池和7号电池的体积标准保持一致;前者是将发电机和电容集成在一节五号电池大小外壳当中,而后者限于体积有限则是将发电机和电容分别置入两节电池中,通过导线相连。这些发电机都可以塞进标准的电池仓里,分别能够提供3.2伏特和2.7伏特的电压。

  从这样的设计特征可以看出,兄弟工业公司的这种产品主要面向的是家庭市场而非工业市场,不会与南安普顿大学的产品正面竞争。后者尝试根据不同的振动频率开发不同的产品,例如面向医疗市场的、能够在2赫兹以下获得最大电力的产品,以及面向物联网的适用于路桥状况检测传感器的20到30赫兹下工作的发电机等等。

  兄弟工业公司携这种发电电池参加了7月21日到23日在东京举办的Techon-Frontier 2010展览会,并且已经开始和一些电视生产企业合作,争取达到让遥控器终生不用换电池的目标。另外,它们也在与电源遥控开关企业和LED照明企业洽谈,争取让这种电池能够在那些偶然使用、耗电量偏低的产品上获得更多的用途。

  现在,这种发电电池在每秒钟4到8赫兹频率振动的状况下工作得最好,摇晃三秒钟就能够达到40到180毫瓦的功率,足以让遥控器中的芯片和红外线发射器工作。而人们日常走路时的频率大概有2到3赫兹,所以暂时还不能期待它能够为随身音乐播放设备供电—除非一直打算跑步前进。

  这看起来像是个不错的产品,但是利用磁铁和线圈,并不是制造振动发电机的唯一方式。现在也出现了一些使用其它原理的振动发电设备,例如欧姆龙公司最近开发的微型振动发电产品。这种产品采用了改变电容电机对置面积的方法,当两块电极的相对的面积发生变化时,静电电容也将随之变化,从而产生电流。现在欧姆龙公司将正负电极采用蚀刻的方式安置在两块相对的薄板上,每个电极的面积都只有微米级别。用两根锥形弹簧来传递振动,电极之间的对应面积将会随之改变。

  这种方法可以制造出面积只有数平方毫米大小的振动发电机。目前,一块硬币大小的这种发电机只能提供0.02毫瓦的电力,还远远不能产品化。欧姆龙希望能够在2012年左右实现0.1毫瓦的目标,以用于微型设备。

  可以相信,在未来几年当中,各种微型发电设备将会逐渐走入我们的生活。从这类如同电池般大小的家用发电机到能够应用于建筑感应探测的工业发电机,再到之前我们曾经看到过的、能够植入体内的纳米级别压电发电机,都会让我们的生活变得不再一样。

  这可以被视为无线电力的一种新方式,足以让我们在一些地方摆脱电线的束缚,让电力触手可及。这会让我们在某种程度上减少对发电能力的依赖,因为我们自己,也变成了发电机的一部分。