Можно ли использовать кинетическую энергию для питания небольших устройств?

Я пытался собрать как можно больше информации, чтобы создать действительно маленькую носимую электронику, которая могла бы питать себя, генерируя энергию при движении.

Я знаю, что эта технология уже существует в часах. Есть часы, которые производят собственную энергию с помощью небольшого генератора, который вращается, когда владелец двигает рукой. Энергия хранится в конденсаторе, чтобы заставить часы работать почти бесконечно, пока владелец двигается достаточно в течение дня, чтобы вырабатывалось достаточно энергии. (некоторая информация здесь: http://en.wikipedia.org/wiki/Automatic_quartz )

У меня возникли проблемы с поиском информации о том, какой ток может выдавать этот метод для практического использования, и можно ли этот метод адаптировать для работы с другой электроникой.

В духе реальных вопросов, а не просто расплывчатых вещей, вот пара вопросов, на которые я надеюсь получить ответы.

  • Сколько энергии могут производить/хранить эти устройства?
  • Существуют ли какие-либо другие устройства, кроме часов, которые питаются только от кинетической энергии?
  • Есть ли схемы, как создать кинетический генератор для маломощных устройств?

Редактировать: Некоторые люди говорят, что трудно определить, возможно ли это, поскольку я не упомянул, что именно я буду делать. У меня сейчас нет никакого проекта, но я хочу поиграть с носимой электроникой, которая работает от движения, а не от батареи, которую нужно заменить или перезарядить.

Я думаю об использовании MCU с наименьшим энергопотреблением, который я могу найти (что-то вроде микроконтроллеров IT MSP430), и уменьшить потребление тока до максимума, максимально используя режим ожидания и выполняя очень мало активной работы, возможно, просто для регистрации нескольких данные датчика каждые пару секунд.

Вид зависит от того, насколько энергичным вы хотите быть — посмотрите, например, встряхните фонарики.
Я совсем забыл о дрожащих фонариках! Спасибо за напоминание. Для уточнения я больше думаю о чем-то, что работает относительно хорошо, будучи пассивным, как часы, вам не нужно прилагать сознательных усилий, чтобы зарядить эти часы, это делается с вашими обычными движениями тела.
Вы просите эталонный дизайн?
Не ждите от этого слишком многого. Для часов это работает хорошо, потому что они используют только микроватты. Фонарик нужно энергично встряхнуть в течение 15 секунд, чтобы зажечь свет всего на пару минут. Для маломощных микроконтроллеров, в микроамперах, вам повезет больше.
Одной из технологий, которую следует учитывать, является пьезо piezo.com/prodeh0nav.html.
Вы можете настроить регистратор напряжения с мегаомным импедансом, настроить генератор для зарядки крышки с нагрузочным резистором, возможно, 10-100K и построить график спада напряжения после типичных событий движения. Немного математики позволит извлечь доступную энергию путем интегрирования либо под кривой, либо, что еще лучше, вероятной прямоугольной области под кривой, представляющей полезную энергию. Сравнение с батарейкой типа «таблетка» может быть неблагоприятным, если только у вас нет приложения, которое нужно включать нечасто. Может быть некоторое сходство с решениями RFID с питанием от антенны.
Эти ботинки для сбора энергии могут представлять интерес. Они непрерывно генерируют от 6 до 9 Вт при ходьбе, что весьма впечатляет.

Ответы (2)

Я увидел этот ответ и взглянул на свои часы, так получилось, что они работают так, как вы описываете. Внутри находится большой полудисковый маятник, который предположительно используется для сбора кинетической энергии. Он может работать, скажем, один день, если я прохожу около 2-4 миль в день. Если я буду двигаться повсюду, бесконечно долго, но тогда часы требуют очень мало энергии для начала.

Хранение энергии Количество энергии, которое вы можете хранить, зависит только от ваших конденсаторов, батарей и т. д. Это не зависит от метода генерации энергии, который вы хотите использовать.

Другие устройства Я не понимаю, почему вы смотрите на это так, как упоминалось ранее. Решите, что вы хотите использовать кинетическую энергию для питания, а затем выполните несколько основных расчетов, основанных исключительно на первых принципах, предполагая 100% эффективность кинетической энергии -> химическая / электрическая энергия, и вы быстро увидите, что выполнимо, а что нет. В качестве общего руководства, микроватты, максимум до нескольких милливатт, вероятно, все, что вы можете сделать (это очень сильно зависит от типа физической активности, которую вы используете, более напряженные действия могут очень сильно достигать ватт)

Схемы я не могу вам дать, но могу сказать, что конструкция очень проста. Возьмите упомянутый ранее маятник в моих часах (вот изображение одного из ваших статей):

введите описание изображения здесь

Хотя я не могу точно указать, как это работает внутри, я знаю следующее:

«Электромагнитная индукция — это возникновение электрического тока в проводнике, движущемся в магнитном поле».

После прочтения предоставленной статьи маятник используется для вращения шестерни (видно на картинке) - просто небольшой шестерни, которая, в свою очередь, приводит в действие электрический генератор (что было задокументировано много). В любом случае, вы, скорее всего, получите переменное напряжение от электрогенератора. Вы можете использовать, возможно, мостовой выпрямитель, а может быть, и регулятор напряжения, и хранить его в накопителе энергии по вашему выбору.

Наконец , как я уже говорил ранее, сначала определитесь с тем, что вы хотите включить, это единственный способ сделать это правильно. Установите верхнюю максимальную требуемую мощность для схемы, которую вы хотите запитать, и действуйте оттуда. Не стесняйтесь обращаться за дополнительной помощью, но, основываясь на имеющейся информации, это все, что я могу сделать.

~ Люди производят устройства ранцевого типа с вибрационной муфтой, мощность которых составляет несколько ватт.

~ Обычная китайская прожекторная лампа при неистовой работе даст около 1 Вт. После 5 минут использования на этом уровне ваша рука отваливается или кажется, что она упала.

~ Правильно сконструированный ручной блок питания может выдавать мощность около 5 Вт при том же уровне усилий.

~ Правильно изготовленная рукоятка с разумным ходом - скажем, рукоятка радиусом 150 мм будет производить 10 Вт при разумном усилии. и 20 Ватт при довольно напряженном усилии. На уровне 10 Вт вы могли бы сделать это в течение часа +

~ Правильно спроектированный педальный блок (многие из них не являются) может выдавать 50 Вт на уровне, на котором человек в хорошей физической форме может работать в течение часа, 100 Вт на уровне, на котором человек в умеренной форме желает, чтобы он был в лучшей форме, и даже больше, если вы является любителем спорта. Люди со спортивной экипировкой обычно заявляют о более высоких уровнях мощности, чем я обычно измеряю. Я могу крутить педали мощностью 500 Вт в течение примерно 10 секунд, но затем мне нужно умереть в течение 10 минут или около того.

~ Шейкерные фонари, вероятно, несколько уступают по мощности ручным выжимным лампам. Правильно установленная рукоятка должна работать при ходьбе.

~ Пьезео в порядке, но обычно ОЧЕНЬ маломощный. Более новые версии с более высокой мощностью можно купить за деньги.

~ Если вы носите ветряную турбину на кепке, ее можно заставить вращаться при ходьбе, и она будет производить несколько милливатт. Если вы установите WT диаметром 1 метр на свою кепку, они сертифицируют вас, но мощность при быстрой ходьбе может составлять ватт или несколько.

~ Падение стопы и сгибание ноги дают большую силу.

~ Работа = сила x расстояние. = F xd Мощность = работа за время = F xd / t

~ Вы можете рассчитать силу удара пятки, ход и т. д. для генератора переменного тока в обуви.

~ Все, что использует горячее и холодное, будет производить очень очень очень близкую к нулю мощность.
Эффективность Карно = (Thot-Tcold) / Thot
Реальная эффективность = Карно, скажем, на 25%, если повезет.