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Li liyun, correspondant de science and Technology Daily, Huo Ping
La stratégie « double carbone » de la Chine préconise un mode de vie vert, respectueux de l’environnement et à faible intensité de carbone, qui dépend du développement et de l’innovation continus des technologies énergétiques vertes. À l’heure où la Chine développe vigoureusement les énergies renouvelables, de nombreux chercheurs s’intéressent à la récupération et à la réutilisation des micro – énergies dans des environnements réalistes tels que l’énergie magnétique.
Un nouveau type de structure de capteur d’énergie magnétique faible a été étudié et conçu par Yu zhaoqiang, un jeune professeur et professeur agrégé de l’équipe de « capteur magnétique marin et détection» de l’École d’ingénierie acoustique sous – marine de l’Université d’ingénierie Harbin et de la base de développement innovante. Il peut éviter le remplacement et l’entretien de la batterie et d’autres opérations manuelles fastidieuses et réaliser l ‘« auto – production» dans des conditions magnétiques faibles, et sa puissance de sortie est augmentée d’environ 120% par rapport à la structure traditionnelle Récemment, l’article de recherche intitulé « Enhanced Weak Magnetic Energy Recovery Performance in Magnetic Force Electrical capture Devices with two end clamps » a été publié en ligne dans Advanced Energy Materials, une revue internationale de premier plan dans le domaine des matériaux énergétiques.
Récupération et réutilisation des micro – énergies dans l’environnement
L’interconnexion de toutes choses est un moteur important pour construire un monde intelligent et a également favorisé le développement rapide de la technologie de l’Internet des objets. À l’heure actuelle, l’un des principaux défis du développement de l’Internet des objets est de trouver la technologie d’auto – approvisionnement des noeuds de communication des capteurs pour soutenir la construction de réseaux de capteurs distribués à grande échelle.
Face à ce défi technologique, de nombreux domaines de la Chine planifient activement des solutions. Le « capteur intelligent » du plan national de recherche et de développement clé en 2021 vise à résoudre le problème de l’auto – approvisionnement en énergie des biocapteurs Multi – Paramètres humains dans la scène sans fil. En 2022, le « capteur intelligent » du Programme national clé de recherche et de développement vise à résoudre le problème de l’alimentation en énergie et de l’accès au réseau des capteurs distribués sensibles à l’état du réseau de distribution et d’utilisation de l’énergie, et propose des lignes directrices pour le projet de couplage magnéto – électrique des capteurs de champ magnétique auto – alimentés et des capteurs. En 2022, la NSFC a également inclus dans le champ d’application des lignes directrices la technologie de capture d’énergie par micro – vibration piézoélectrique pour l’espace.
On peut dire que le développement de la technologie d’acquisition d’énergie distribuée et la réalisation de la récupération et de la réutilisation des micro – énergies dans l’environnement ont une valeur importante. Il s’agit également d’une mesure efficace pour répondre à la stratégie nationale d’économie d’énergie et de réduction des émissions et aider le carbone à atteindre son sommet.
En ce qui concerne la récupération et l’utilisation de la micro – énergie environnementale, l’énergie magnétique errante produite par les câbles électriques, les machines industrielles et les appareils ménagers a attiré l’attention des chercheurs en raison de sa fréquence fixe et largement distribuée, qui est plus efficace que l’énergie éolienne et d’autres sources d’énergie à basse fréquence. En particulier dans le contexte de la construction d’un réseau intelligent, la surveillance en ligne et le diagnostic des défaillances des paramètres d’état de la ligne de transmission nécessitent d’urgence la capture d’énergie des câbles aériens et la construction d’un réseau de capteurs d’auto – alimentation durable.
Tout comme la beauté décrite dans le roman “Three body” Shanghai New World Co.Ltd(600628) En fait, cette technologie est actuellement utilisée pour la recharge sans fil des téléphones cellulaires. Au début, les gens se sont également tournés vers ce dispositif traditionnel de prise d’énergie par induction en bobine. Cependant, cette technologie présente de nombreux problèmes, tels que la grande taille, les inconvénients d’installation et la résistance aux chocs de courant de courte durée et de grande amplitude.
Par conséquent, les gens ont commencé à étudier un dispositif de capture d’énergie qui convertit l’énergie magnétique en énergie mécanique puis en énergie électrique (Mme). Cette technologie devrait être un nouveau choix pour la prochaine génération de collecte d’énergie de champ magnétique à basse fréquence.
Le nouveau dispositif de capture d’énergie utilise l’effet de couple magnétique et l’effet d’hystérèse, puis l’effet piézoélectrique pour réaliser la conversion entre l’énergie mécanique et l’énergie électrique. Son avantage est qu’il n’a pas besoin du circuit magnétique fermé requis par le dispositif d’induction de type bobine, et peut réaliser une conversion d’énergie plus efficace et une plus grande tolérance à l’impulsion de courant fort.
Une nouvelle méthode de collecte d’énergie à faible champ
La technologie de collecte d’énergie de M. Yu zhaoqiang a commencé à entrer en contact avec les vibrations et les champs magnétiques en 2016. De 2016 à 2021, nous avons travaillé sur les matériaux et les dispositifs basés sur la structure de résonance traditionnelle du faisceau de Cantilever. Il s’agit d’une structure de capteur d’énergie avec une extrémité fixe et l’autre extrémité libre et un bloc de masse (aimant) attaché à l’extrémité libre. Cette structure est alimentée par un bloc de masse magnétique à extrémité libre qui fournit le couple d’entraînement tout en contribuant à plus de 90% de la masse équivalente. Dans ce cas, si la fréquence de résonance du résonateur de 50 Hz (Hz) doit être maintenue constante, il est difficile d’améliorer les performances de couplage magnéto – force simplement en augmentant la masse de l’aimant à l’extrémité libre. C’est la raison pour laquelle la plupart des appareils électriques à faisceau de Cantilever sont limités à la collecte d’énergie pour un champ magnétique fort, c’est – à – dire un champ magnétique supérieur à 5 OE. L’Organisation mondiale de la santé a indiqué que le seuil de sécurité pour les champs magnétiques alternants de 50 / 60 Hz accessibles au public était de 1 OE et que la taille des champs magnétiques errants dans l’environnement était généralement inférieure à cette valeur de référence. Il est donc nécessaire d’explorer de nouveaux principes et de nouvelles méthodes de collecte d’énergie à faible champ.
Sur la base de la réflexion sur la façon dont les dispositifs de capture d’énergie magnétique – mécanique – électrique peuvent réduire la qualité équivalente du bloc de masse magnétique à l’extrémité libre, l’idée de conception d’un faisceau de serrage à deux extrémités a été avancée. Cette conception fixe les deux extrémités du dispositif de capture d’énergie magnéto – mécanique – électrique, adopte un mode de vibration de deuxième ordre, réduit l’énergie cinétique du bloc de masse magnétique central, réduisant ainsi sa contribution à la masse équivalente du système de résonance, et améliore considérablement la performance de sortie du système dans un champ faible de 50 Hz avec l’augmentation du volume de l’aimant.
Les résultats expérimentaux montrent que, dans les mêmes conditions d’excitation dans un environnement magnétique faible, le capteur d’énergie peut produire plus de deux fois plus d’énergie électrique par Unit é de temps que la structure traditionnelle du faisceau de cantilever, ce qui permet au capteur sans batterie de fonctionner normalement et de communiquer avec le terminal du téléphone mobile.
« dans la recherche scientifique, le rôle clé est souvent une petite méthode de conception, même discrète, mais elle doit provenir d’une recherche et d’une réflexion à long terme », a déclaré M. Chu.
Future ou pour une petite sectorforme bionique sous – marine
« À l’heure actuelle, cette technologie de collecte d’énergie pour les champs magnétiques a certaines limites dans son application, et la science résout toujours un problème, ce qui entraînera de nombreux nouveaux problèmes. À l’avenir, il envisagera principalement d’optimiser davantage la conception des paramètres des matériaux et de la géométrie des dispositifs de capture d’énergie magnéto – électromécanique à deux extrémités, d’accroître encore la gamme de variation adaptative du champ magnétique et l’intégration de la miniaturisation, et de fournir des technologies clés pour le développement d’applications telles que Les capteurs de champ magnétique auto – alimentés, la détection intelligente de la transmission et de la transformation du réseau électrique et l’identification de la relation topologique du réseau de distribution.
Il a également déclaré que l’équipe étudierait en profondeur la technologie d’alimentation en énergie sans fil basée sur les ultrasons et le champ magnétique pour les petites sectors – formes bioniques sous – marines, telles que les poissons robotisés sous – marins et les véhicules sous – marins sans pilote, en combinaison avec les avantages des caractéristiques de la recherche en mer des navires de l’Université d’ingénierie de Harbin, ce qui pourrait non seulement résoudre le problème de l ‘« Accès » à l’énergie pour les petites sectors – formes bioniques, mais aussi résoudre le problème de l’ « approvisionnement » en énergie.
L’équipe « Ocean Magnetic Sensor and detection» de l’École d’acoustique sous – marine de l’université d’ingénierie Harbin et de la base de développement innovante de l’université d’ingénierie de Chu zhaoqiang a été créée et s’est continuellement développée en 2017. L’équipe s’est concentrée sur la théorie de base, la technologie clé et l’application technique de la détection Multi – capteurs de cibles sous – marines et a effectué des recherches sur les matériaux magnétiques de base, le développement de capteurs magnétiques, la détection et
