Корпорация Omron создала прототип компактного вибрационного электрогенератора, чья стоимость, благодаря простоте конструкции, обещает быть чрезвычайно низкой.
Вибрационные колебания с частотой 20 Гц (коэффициент усиления равен 1G) позволяют устройству генерировать 10 микроватт электроэнергии.
Для начала вибрационный генератор будет использоваться в устройствах, установленных вблизи автомобильных путей и передающих в беспроводном режиме сигналы датчиков о дорожной ситуации.
Габариты экспериментальной модели генератора — 20 x 20 x 8 мм. Высота модели следующего поколения будет вдвое меньше — 4 мм, в настоящее время она находится в стадии разработки.
Omron планирует внедрить генератор в так называемые мониторинговые системы давления автомобильных шин (TPMS — tire pressure monitoring systems), которые будут устанавливаться внутри шин. Во время езды автомобильные шины сильно вибрируют, и это можно использовать для выработки электроэнергии.
Для выработки тока новый генератор использует потенциальную энергию электрического поля электрета. Электре́т — это диэлектрик, способный находиться в наэлектризованном состоянии после снятия внешнего воздействия, вызвавшего поляризацию, в течение длительного времени.
Электрет, несущий однополярный заряд, используется в качестве одного из электродов. С помощью электрета можно аккумулировать заряды с высокой плотностью, что приведет к усилению разницы потенциалов между двумя электродами. А при возрастании разницы потенциалов вырабатывается большое количество электрического тока.
В качестве второго электрода можно использовать проводник из золота или меди. Представленный прототип содержит золотой проводник.
Электрет сделан из аморфного фтор-углеродного полимера "CYTOP", который производит фирма Asahi Glass. Вообще, существует масса веществ, пригодных для производства электретов. Тем не менее Omron выбрала именно CYTOP, поскольку он представляет собой жидкий полимерный материал, который легко поддается обработке и позволяет накапливать электрические заряды высокой плотности, выгодно отличаясь при этом от неорганических материалов.
Плотность заряда электрета, который был применен в прототипе Omron, составляет 2 кулона/кв.м. В результате разница потенциалов возросла до 700 вольт.
Сама конструкция включает стационарную часть (электретный электрод) и подвижную часть (золотой электрод). Для удержания подвижной части используются две цилиндрические пружины из нержавеющей стали. Два гребневидных электрода расположены на стеклянной пластине, расстояние между ними составляет от 100 до 150 микрометров.
Толщина электрета и золотого проводника — около 15 микрометров и 0,5 микрометров, соответственно.
Генератор вырабатывает переменный ток, который для возможности накопления в конденсаторе необходимо преобразовывать в постоянный. Переменный ток вырабатывается, так как разница электрической емкости между двумя гребневидными электродами меняется в зависимости от изменения расстояния между ними.
В дополнение, представители компании указали на увеличенную работоспособность устройства и его низкую цену. Стационарная и подвижная части закреплены на стеклянную пластину, так как стекло является более дешевым и ровным материалом, по сравнению с кремнием или другими материалами.
По словам представителей Omron, цена нового вибрационного генератора будет на уровне $10,36.
