當(dāng)前振動能量回收技術(shù)研究主要分為三種類型：

利用電磁換能裝置將振動機械能轉(zhuǎn)換為電能的電磁式；
利用靜電發(fā)生器將振動機械能轉(zhuǎn)換為電能的靜電式；
利用壓電材料的壓電效應(yīng)將振動機械能轉(zhuǎn)換為電能的壓電式。

電磁式振動能量回收是利用電磁感應(yīng)原理通過磁場把機械能轉(zhuǎn)化為電能。它的基本原理是：利用永磁體、線圈和一個諧振的振動結(jié)構(gòu)產(chǎn)生電磁感應(yīng)，將感應(yīng)到的電能用后續(xù)電路進(jìn)行提取。這種能量回收系統(tǒng)的優(yōu)點是成本低、輸出功率大，缺點是感應(yīng)到的電壓很小，雖然可以通過使用變壓器、提高線圈圈數(shù)或提高磁場強度來進(jìn)一步提高感應(yīng)電壓，但以上各種方法都在尺寸上受到限制;并且輸出功率隨著系統(tǒng)體積的減小而大幅降低。

靜電感應(yīng)是物體內(nèi)的電荷因受外界電荷的影響而重新分布的現(xiàn)象?，F(xiàn)在的微型靜電能量回收裝置構(gòu)造與電容相似，它是通過變?nèi)荻O體因振動造成的容量變化來獲取靜電學(xué)能量。由于這種方法具有IC相容性，可大量利用IC生產(chǎn)中的成熟工藝和技術(shù)，進(jìn)行低成本、大批量的生產(chǎn)。與電磁方法相比，相同尺寸可以獲得更高的輸出電壓。但是，為了實現(xiàn)電容兩端的電壓約束或電容的電荷約束，需要獨立的電源支持。

壓電能量回收是利用壓電材料從周圍振動的環(huán)境中提取有用的能量，這種方法正在被越來越多的關(guān)注。壓電材料具有晶體結(jié)構(gòu)，具備將施加在自身上的電勢能轉(zhuǎn)化為機械應(yīng)變的能力；反過來，也具有將機械應(yīng)變能轉(zhuǎn)化為電荷的能力。前者可以用于主動振動控制，后者的特性使得壓電材料能夠吸收周圍環(huán)境如基體結(jié)構(gòu)振動的機械能，并轉(zhuǎn)化為電能來維持其它電子設(shè)備的正常工作。

三種振動能量回收系統(tǒng)的能量密度



從上表可以看出，與靜電式和電磁式兩種振動能量轉(zhuǎn)化方式相比，壓電式能量回收裝置可以達(dá)到相對更高的功率密度。另外，壓電式能量回收裝置由于結(jié)構(gòu)簡單，易于系統(tǒng)集成于微型化，使其在實際中得到更廣泛應(yīng)用。

汽車振動與噪聲來源形式





汽車振動與噪聲能量回收研究

1. 制動能量回收

制動能量吸收方案主要有電阻耗能型、蓄電池儲能型、電容儲能型、飛輪儲能型和超導(dǎo)儲能型,電阻耗能只能將電能轉(zhuǎn)化為熱能排掉，造成能源浪費;蓄電池儲能系統(tǒng)的電池使用壽命不夠長，大量使用電池對環(huán)境造成污染;飛輪儲能質(zhì)量很大，摩擦耗能問題嚴(yán)重，飛輪工作壽命短;超導(dǎo)儲能裝置的單位體積儲存的能量較低，在實用技術(shù)上有一定的困難。超級電容被廣泛地應(yīng)用于儲能裝置中，它具有快速充放電、低污染、高效率和維護(hù)費用低等特點。



2. 振動能量回收

目前較為成熟，也較為廣泛關(guān)注的是基于壓電振動的能量回收技術(shù)。壓電材料可按多種構(gòu)成形式應(yīng)用于壓電能量回收系統(tǒng)中，而壓電能量回收系統(tǒng)又可以通過改變壓電材料屬性，改變壓電單元工作模式，利用多層化來增加壓電體有效容積，改變壓電振子的結(jié)構(gòu)形式以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的諧振頻率等方法改變壓電能量回收裝置的構(gòu)成形式來提高其能量回收的效率和性能。



汽車振動能量回收發(fā)電懸架：

回轉(zhuǎn)發(fā)電機式
直線電機式
液壓式

3. 噪聲能量回收

噪聲屬于聲音的一種，它的特點就是通過聲源的無規(guī)則運動產(chǎn)生振動，然后通過壓電材料的正壓電效應(yīng)，將機械振動轉(zhuǎn)化為電能。





4. 聲發(fā)電機

韓國研究人員利用人耳吸收聲波的原理，制造出了仿照人耳吸收聲音的鼓膜的噪聲發(fā)電機。這種發(fā)電機是一種名為“聲雷”(Sonea)的概念機，這個概念機內(nèi)儲存有碳酸鹽、丙烯腈等化學(xué)物質(zhì)，可以將噪聲沖擊波對仿生鼓膜的振動能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來，當(dāng)和電器相連時就可釋放出電能。“聲雷”發(fā)電機可以利用帶狀的電源線相互串聯(lián)在一起，也可以按照需求進(jìn)行組裝，盡可能地吸收更多的噪聲。它們就像是一些特大號的電池一樣，在需要的時候可以釋放出電能，目前已經(jīng)可以為手機、電視機和筆記本電腦等電器供電。


“聲雷”發(fā)電機可以根據(jù)需要拼裝成不同形狀


“聲雷”發(fā)電機結(jié)構(gòu)圖


連成片的“聲雷”發(fā)電機