Sähkökentistä sähköä IoT-antureille

Tutkijaryhmä on kehittänyt uuden mekanismin sähkölaitteiden tuottaman magneettikenttien keräämiseksi ja niiden energian muuntamiseksi IoT-antureille sopivaksi sähköksi.

Ihan tavallisten sähkölaitteiden käyttö tuottaa magneettisia kenttiä, jotka tosin vaimenevat nopeasti. Näillä hajakentillä on kiinteä taajuus (50/60 Hz) ja pieni amplitudi.

Magnetosähköisesti (ME) kytketty magneto-mekaanis-sähköinen (MME) energian muuntaminen on tehokkain tapa muuntaa nämä matalataajuiset magneettikentät sähköksi.

Tähän mennessä raportoidut ME-kytketyt MME-generaattorit tuottavat kuitenkin kohtuullisen antotehon vain varsin vahvoilla magneettikentillä (≥500 μT), jollaisia ei ole saatavissa käytännöllisissä olosuhteissa.

Penn State -tiedemiesten johtama ryhmä on nyt kehittänyt rakenteen joka tuottaa 400 prosenttia suuremman antotehon verrattuna edeltäjiinsä toimiessaan kotitalouksissa ja rakennuksissa esiintyvissä matalissa magneettikentissä.

Tutkijat suunnittelivat noin 1,5 tuuman pituiset paperiohuet rakenteet, jotka voidaan sijoittaa laitteisiin, valoihin tai virtajohtoihin tai niiden läheisyyteen, jossa magneettikentät ovat vahvimmat. Kun laite asetettiin neljän tuuman päähän sähkölämmittimestä, se tuotti tarpeeksi sähköä 180 LEDin käyttämiseen ja kahdeksan tuuman etäisyydeltä kertyi riittävästi virtaa digitaaliseen herätyskelloon. Näihin toimiin riitti noin 50 mikroteslan magneettikenttä.

"Nämä tulokset tarjoavat merkittäviä parannuksia integroitujen anturien ja langattomien viestintäjärjestelmien kestävään tehontuottoon", kertoi Penn Staten apulaistutkimusprofessori Min Gyu Kang ja tutkimuksen johtava kirjoittaja.

Tutkijat rakensivat komposiittirakenteen kahdesta eri materiaalista. Yksi näistä materiaaleista on magnetostriktiivistä, joka muuntaa magneettikentän värähtelyn mekaanisiksi jännityksiksi ja toinen on pietsosähköistä, joka muuntaa värähtelevät jännitykset sähkökentäksi.

Laitteessa on palkkimainen rakenne, jonka toinen pää on kiinnitetty ja toinen värisee vapaasti vasteena sovellettuun magneettikenttään. Palkin vapaaseen päähän asennettu magneetti vahvistaa liikettä ja myötävaikuttaa suurempaan sähköntuotantoon, tutkijat sanoivat.

"Tämän tutkimuksen kauneus on se, että siinä käytetään tunnettuja materiaaleja, mutta suunniteltu arkkitehtuuri maksimoi magneettikentän muuttumisen sähköksi. Tämä mahdollistaa korkean tehotiheyden saavuttamisen matala-amplitudisen magneettikentän alla," toteavat tutkijat yliopistonsa tiedotteessa

Tutkijoiden optimoitu ME-kytketty MME-generaattori tuottaa milliwattien tehon alle 300 mikroteslan hajamagneettisessa kentässä.

Aiheesta aiemmin: Tehokkaampaa energian keruuta IoT-antureille