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【转帖】意在“替代纽扣电池”的小型振动发电机，金泽大学利用磁致伸缩效应开发成功 已有1人参与
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意在“替代纽扣电池”的小型振动发电机，金泽大学利用磁致伸缩效应开发成功 2010/12/02 00:00 打印 E-mail  图1：利用磁致伸缩效应的小型振动发电机。（点击放大）  图2：安装有用来施加偏磁的磁铁。（点击放大） 日本金泽大学上野敏幸副教授开发出了尺寸虽小却可获得大电力的振动发电机（图1）。外形尺寸仅为约2mm×3mm×12mm，357Hz振动时的发电量高达1.56mW。由此推算的单位体积能量密度约为22mW/cm3。小型振动发电机的能量密度一般为1mW/cm3左右，此次的开发品却能获得约20倍以上的发电量。上野表示，“非常有望取代纽扣电池”，希望用于汽车轮胎气压监测装置（TPMS）及便携产品等用途。 开发品的发电元件采用了具有较大磁致伸缩效应的Fe（铁）与Ga（镓）的合金——磁致伸缩材料“Galfenol（Fe81.4Ga18.6）”。磁致伸缩效应是指磁化时形状发生变化的现象。Galfenol可产生300ppm左右（即1km长棒可伸长300mm）的磁致伸缩效应。发电利用的是磁致伸缩的逆效应——逆磁致伸缩效应。逆磁致伸缩效应是指通过施加应力使磁化作用发生变化的现象。采用Galfenol，通过施加压缩应力，最大可使磁通量密度减少1T以上。磁通量变化时就会产生感应电压。Galfenol是1998年美国海军研究所（Naval Research Laboratory）开发的较新型材料。上野称“采用Galfenol开发出振动发电机此为首次”。 作为Galfenol的特点，可以举出其不仅具有较大磁致伸缩效应，还是一种延展性好的材料。因此，比较容易进行机械加工，即使扭曲也不容易损坏。振动发电常用的压电元件因是陶瓷的，属脆性材料。另外，具有较大磁致伸缩效应的材料虽还有由Tb（铽）、Dy（镝）及Fe组成的“Terfenol-D”（磁致伸缩效应为1000ppm左右），但其同样是脆性材料。 此次，上野利用Galfenol的延展特性，设计出尺寸虽小却可提高发电量的构造。具体为，将两个细长磁致伸缩元件的一端固定，在另一端加上砝码的平行梁构造。在磁致伸缩元件上缠绕细电线制成线圈，使能够取出电力。此处砝码在上下振动时，两个磁致伸缩元件便会发生弯曲变形。此时，一个元件会受到压缩力，而另一个元件则会受到拉伸力的作用。砝码上下移动时，会对元件交互施加压缩力和拉伸力，磁通量也会随之发生周期性变化。这种周期变化会使线圈产生感应电压，从而能够有效地取出电力。“因Galfenol是延展材料，即使采用细棒状构造也不易损坏”（上野），此次的开发品正是利用了该材料的这一优点。磁致伸缩元件的外形尺寸为1.0mm×0.5mm×10mm，为了对元件施加偏磁，还安装了直径2mm×长2mm的磁铁。 另外，Galfenol还具有温度特性良好的特点。居里温度高达700℃左右，“在-200～200℃左右的范围内性能不会发生明显变化”（上野）。因此，还能在环境变化剧烈的场所使用。（记者：清水 直茂） ■日文原文 「ボタン電池の置き換え」狙う小型振動発電機を金沢大が開発，磁歪効果を利用 |
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