Электрогенератор внутри обуви

Исследователи из института микро и инженерных технологий (HSG-IMIT—Institute of Micromachining and Information Technology, Villingen-Schwenningen, Germany) и департамента микросистемной инженерии (Department of Microsystems Engineering—IMTEK, Freiburg, Germany) опубликовали работу, в которой они представили и исследовали разработанные ими миниатюрные электромеханические генераторы электричества.

150421-obuv1.jpg

Авторы работы [1] представили генераторы двух типов: маятниковый и ударного возбуждения. Оба типа генератора используют эффект появления электрического тока в результате электромагнитной индукции, когда магнит двигается внутри катушки из намотанной проволоки. Генераторы миниатюризированы настолько, что они встраиваются в обувную подошву. Маятниковый генератор генерирует электричество тогда, когда человек передвигает ногой во время ходьбы. Ударного возбуждения — тогда, когда человек наступает на ногу [1–4].

Маятниковый генератор

В этом генераторе, 14 магнитов двигаются через группу катушек тогда, когда нога и обувь человека ускоряются во время движения. При ширине этого генератора в 41 мм и его длине в 70 мм, он способен генерировать череду импульсов со средней мощностью до 0.84 мВт (пиковой — до 50 мВт). Зависимость мощности во времени при скорости 6 км/ч имеет характерные группы импульсов для каждого шага. Длительность этой группы на уровне половины максимума мощности — 0.04 с, импульсы полностью затухают через 0.1 с. При скоростях, меньших этой, мощность сгенерированного сигнала падает, при больших — остаётся приблизительно на этом же уровне.

Генератор ударного возбуждения

Этот генератор помещается в пятке обувной подошвы, он 40 мм шириной и 60 мм длиной. Способен генерировать последовательность импульсов средней мощностью до 4.13 мВт (пиковой — до 45 мВт), когда человек двигается со скоростью 5 км/ч по твёрдой поверхности [3]. Уменьшение скорости движения выражается в падении мощности генерируемого сигнала. Колебания мощности сгенерированного сигнала длятся почти 0.25 с (на уровне половины мощности серии импульсов) при скорости бега 6 км/ч после каждого шага. Они полностью затухают через 0.5 с.

Область применения

Температурный датчик, подключенный к генератору и встроенный в обувь, показан на иллюстрации ниже. Во время проведения экспериментов, генераторы были способны питать датчики для последующей передачи данных о температуре внутри обуви на расстояние до 10 м. Они оказались способны передавать данные до семи раз на каждый сделанный шаг.

150421-obuv2.jpg

Интересным моментом является и то, что авторы моделировали величину мощности сгенерированного сигнала в зависимости от скорости шага. При этом они достигли неплохого совпадения между результатами их модели и результатами экспериментов.

В интервью BBC [4], ведущий разработчик Клевис Йли (англ. Klevis Ylli) отметил, что изначально такие генераторы разрабатывались для использования в само-зашнуровывающейся обуви для старых людей. Но есть и другая область использования таких генераторов. Если разместить сенсоры ускорения и угловой скорости внутри обуви, то по данным измерений сенсоров, они могли бы рассчитать как далеко и в каком направлении шёл человек в этой обуви и найти этого человека в случае поисковой операции.

Существует и аналогичные работы[5], в которых авторы представили специальные обувные стельки, так же работающие как генераторы электричества.

[1] K. Ylli, D Hoffmann, A. Willmann, P. Becker, B. Folkmer and Y. Manoli, «Energy harvesting from human motion: exploiting swing and shock excitations,» Smart Mater. Struct. 24 025029, 2015, doi:10.1088/0964–1726/24/2/025029 [2] Im Gehen Strom erzeugen [3] Аннонс статьи на сайте IOP Smart shoe devices capture the power of walking [4] Новость и интервью разработчика на сайте новостей BBC Smart shoe devices generate power from walking [5] Te-Chien Houa, Ya Yanga, Hulin Zhanga, Jun Chena, Lih-Juann Chenb, Zhong Lin Wang, «Triboelectric nanogenerator built inside shoe insole for harvesting walking energy,» Nano Energy, 2013, dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2013.03.001

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.8 (9 votes)
Источник(и):

geektimes.ru