未利用エネルギー源でスマートセンサーネットワークに電力を供給

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(Scientists tap unused energy source to power smart sensor networks)

2020/3/31 ペンシルベニア州立大学(PennState)

・ PennState が、環境中の電磁界エネルギーをスマートビルディングや工場の次世代センサネットワークで使用可能な電力に変換するデバイスを開発。
・ 照明器具や家電製品が発生する電磁界は、家庭、オフィスや車中等のあらゆる場所に存在する。新デバイスの出力は、低レベルの電磁界エネルギーでも同様な他の最先端技術に比して 400%高く、自己発電型ワイヤレスセンサーネットワークによるエネルギー使用状況や、運転パターンのモニタリングやシステムの遠隔制御を必要とするスマートビルディング設計に影響を与えるものと考える。
・ ビル内のあらゆる機能の自動化は、エネルギー効率を大幅に向上させる。電力を大量に消費する米国のビルでは、数%の消費量低減でもメガワットレベルの節約につながる。同新技術は、このような制御の自動化を可能にするセンサーに電力を供給する現実的な方法となる。
・ 同デバイスは、紙のような薄さで長さが約 1.5 インチ(約 3.8cm)で、電磁界エネルギーを歪みに変換する磁歪材料と、歪みや振動を電気に変換する圧電材料の 2 層より構成。長細い構造の一端は固定され、もう一端に取付けた磁石が電磁界への反応による振動を増幅して発電する。一般的な材料を用いて、電磁界エネルギーの電力への変換を最大化する構造を設計した。
・ 電化製品や照明、電磁界の最も強力な電源コードに直接、またはそれらの近くに配置できる。暖房具から 4 インチ(約 10cm)離れた場所に配置すると、180 個の LED アレイに、8 インチではデジタル目覚まし時計に作動に充分な電力を供給した。
・ 本研究には、米国海軍研究所(ONR)および米国科学財団(NSF)が資金を提供した。
URL: https://news.psu.edu/story/613154/2020/03/31/research/scientists-tap-unused-energysource-power-smart-sensor-networks

<NEDO海外技術情報より>

(関連情報)

Energy & Environmental Science 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
Maximizing power generation from ambient stray magnetic fields around smart infrastructures
enabling self-powered wireless devices
URL: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ee/c9ee03902c#!divAbstract

Abstract

Harvesting electrical energy from stray magnetic fields is appealing for development of a sustainable power source for Internet of Things (IoT) devices that are being implemented in the smart infrastructure. Stray magnetic fields are ubiquitous in buildings, but have fixed frequency (50/60 Hz) and low amplitude. Magnetoelectric (ME) coupled magneto-mechano-electric (MME) energy conversion is the most efficient way to convert these low frequency stray magnetic fields into electricity. However, currently reported ME coupled MME generators produce high output power only under relatively strong magnetic fields (≥500 μT), which are not available under practical conditions. Here a novel ME coupled MME generator has been demonstrated that provides 400% higher output power compared to the state-of-the-art, when operating below magnetic field levels of 100 μT. The optimized ME coupled MME generator produces milliwatt power below 300 μT stray magnetic field. The output power from extremely low magnetic fields (≤50 μT) is sufficient to power hundreds of light emitting diode (LED) arrays and operate a digital clock without charging a capacitor. By exploiting the harvested power near a home appliance, sustainable powering of sensors and a wireless communication system is demonstrated. Fundamental advancements from this work will provide a direction for deploying ME and MME generator driven self-powered IoT devices in smart infrastructures.

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