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近日，清华大学叶雄英教授研究组在《Nano Energy》上发表研究论文，报道了一种面向摇摆运动能量收集的直线式无基底驻极体发电机。经测试，穿戴于手臂处的发电机能够在行走和跑动状态下输出数十至百微瓦的平均功率。

随着物联网的迅速发展以及可穿戴设备的普及，随处有大量能耗不高的电子器件，其能源供给主要依赖于电池。然而，电池寿命有限，需要定期更换或充电，还会因为处理不当造成环境污染。因此，寻找长期、可再生的替代能源十分必要。环境中的机械能形式多样，摇摆运动作为常见的机械能表现形式之一具有低频往复的特性，如人体运动过程中四肢的摆动以及海洋中海水的波动等。

在上述背景下，叶雄英研究组提出一种面向摇摆运动能量收集的直线式无基底驻极体发电机，结合发电机微小型设计的实际情况，论文将摇摆运动中动定子的相对运动近似为匀加速运动，并通过理论研究给出了匀加速运动近似解析表达式，基于该公式实现了考虑边缘效应和寄生电容影响的发电机结构的优化；提出了电极为动子的设计方案，在动定子有效面积相等的前提下，将发电机的理论平均输出功率提升一倍。通过人体穿戴实验，测试得到发电机穿戴于人体手臂时，能够在行走和跑步状态下输出71.9 μW 和118.8 μW的平均功率。相关成果以题为《用于摇摆运动能量收集的直线式无基底驻极体发电机：优化和实验》Linear freestanding electret generator for harvesting swinging motion energy: Optimization and experiment，发表在《Nano Energy》，论文第一作者为清华大学精密仪器系博士研究生王诗文，通讯作者为清华大学叶雄英教授，研究工作得到国家自然基金重点项目资助。

相关研究论文链接：

Shiwen Wang, Mingzhao Bi, Zeyuan Cao, Xiongying Ye*. Linear freestanding electret generator for harvesting swinging motion energy: Optimization and experiment[J]. Nano Energy, 2019, 65:104013.

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104013