28、能源采集与可持续供电技术探索

能源采集与可持续供电技术探索

1. 无线设备供电困境与能源采集方案

在大量无线设备部署时，传统的供电方式面临诸多问题。例如，谐振磁功率传输不太实用，而使用电池则需要大量的维护成本。因此，寻找新的供电解决方案迫在眉睫。能源采集作为一种可能的方法，正受到众多研究团队的深入研究。

能源采集，即让每个传感器具备自行发电的能力。若传感器的发电机需要有限的燃料供应（如石油）来发电，这种方式意义不大；但如果发电机能从自然环境中收集能量并转化为电能，就有可能实现能源的无限供应。可收集的能源形式包括太阳能、动能、热能和射频（RF）能量。

早期的能源采集设备有利用风能的磨玉米风车，以及利用河流中水流动能为纺织厂供电的水轮。如今，我们通过风力涡轮机和太阳能电池板从风和太阳中获取能量，为电网供电。在较小规模上，太阳能电子计算器也是可持续设备的实际例子，其能源直接来自周围环境。

2. 人体动能发电设备

2.1 精工动能手表

精工动能手表是一种利用人体运动发电的设备。其基本工作原理是：当佩戴者活动时，半圆形质量块左右摆动，通过高传动比齿轮箱带动传统微型电磁发电机。手表的典型功率需求约为 1µW，因此该发电机的平均输出功率要求并不高。

然而，由于其尺寸较大，该设备在体内植入的位置有限。为解决这一问题，研究人员尝试使用微机电系统（MEMS）技术缩小此类设备的尺寸。

2.2 MEMS 人体动能发电机

利用 MEMS 技术制造的人体动能发电机，与大规模发电方案不同，它使用静电力（即相反极性电荷之间的吸引力）将机械功转化为电能。这是因为在设备小型化过程中，不同物理效应的缩放效果不同。 <