Denna studie visar en teknik, "Piezoelectric Windmill", för att generera elkraft från vindkraft. Den elektriska kraftgenereringen från vindenergi bygger på piezoelektrisk effekt och använder bimorfställdon. Piezoelektrisk Windmill består av piezoelektriska ställdon ordnade längs omkretsen av kvarnen i cantilever form. Med hjälp av kamaxelns växelmekanism genereras ett oscillerande vridmoment genom den strömmande vinden och appliceras på ställdonen. En fungerande prototyp tillverkades med 12 bimorphs (60 Â 20 Â 0:5 mm 3 ) med en förspänning på 23,5 gm. Under en nominell vridmomentnivå motsvarande normalt vindflöde och oscillerande frekvens på 6 Hz mättes en effekt på 10,2 mW framgångsrikt över en belastning på 4,6 k efter korrigering. Kontinuerligt fokus har lagts på att utveckla småintegrerade smarta strukturer för energiutvinning i olika försvars- och civila tillämpningar. Forskningsinsatserna på denna arena har fokuserat på nuvarande generation obemannade luft- och vattenfordon, hybridbilar, smarta fickdatorer, ljud- och videoenheter. Tidigare har solenergi, vätgasbränslecell, termoelektriska anordningar och fotostriktiva material använts som alternativa metoder för att generera elektrisk energi. Integreringen av dessa metoder med den avsedda plattformen för "liten räckvidd", "energi på begäran" är emellertid dyr, tråkig och teknikdriven. Det mest attraktiva alternativet är att utnyttja vindflödet för att generera el. Praktiskt taget kan småskalig skörd på plats av elektrisk energi från vindkraft lösa olika befintliga utmaningar och utveckla nya tillämpningar. Brevet tar upp denna specifika fråga och visar en teknik för att skörda elenergi från vindkraft med piezoelektrisk bimorfställdon. Det finns tre huvudsakliga steg i elektrisk kraftgenerering med piezoelektrisk: a) fånga av den mekaniska AC-påfrestning från tillgänglig källa och tillämpa den på piezoelektriska givare (b) omvandling av mekanisk energi till elektrisk energi med hjälp av direkt piezoelektrisk effekt och c) bearbetning och lagring av elektrisk energi. Normala vibrationskällor i miljön är slumpmässiga och svåra att kontrollera. Vindflödet ger dock en konstant källa till mekanisk energi. Motorer och elektriska motorer i många vanliga användningsmaskiner är andra källor för att tämja vibrationerna för att producera el. En bil levererar vibrationer mellan 50-120 Hz med en kraft på 500 kgf medan en bondgårdsmatare ger vibrationer på 10-15 Hz med en vertikal oscillerande belastning på 350 kg. Tidigare, Kim et al. har visat förmågan att skörda den elektriska energin från mekaniska vibrationer i dynamisk miljö genom en ''Cymbal'' piezoelektrisk givare. 1,2) De mekaniska vibrationerna var i intervallet 50-150 Hz med kraftamplitud i storleksordningen 10 N. De experiment som utfördes vid frekvensen 100 Hz på en cymbal med 29 mm diameter och 1 mm tjocklek under kraft av 7,8 N visade att 39 mW effekt genererades från cymbalen mätt över en 400 k motstånd. 1,2) En DC-DC-omvandlare konstruerades som tillät överföring av 30 mW effekt till en låg impedansbelastning på 5 k med en 2 % arbetscykel och en växlingsfrekvens på 1 kHz. 2) Denna metod är inte lämplig för skörd kraft från låg magnitud kraft på 1-2 N och vid låga frekvenser på 1-10 Hz. Kravet på DC-DC-omvandlare gör dessutom energiupptagningskretsarna ganska komplicerade och resulterar i kraftförlust. MIT medialabb utvecklade en piezoelektrisk enmorf transducer skoinsats och tillhörande elektroniska kretsar för att söka elektrisk energi under promenader. 3) En effektnivå på 8-10 mW förverkligades i dessa experiment. Denna metod lider av flera nackdelar, bland annat i) svårighet att införliva piezoelektriska givare och krets i skorna utan att störa den mänskliga handlingen, ii) begränsning av den effektnivå som kan skördas, och iii) dyr. Ocean Power Technologies använder den mekaniska flödesenergin i hav och floder för att omvandla till elektrisk energi genom att använda piezoelektrisk polymer (PVDF) ställdon. 4) Denna forskning är fortfarande i mycket tidigt skede och står inför utmaningar i samband med kretsen för lagring av elenergi. Syftet med denna studie är att undersöka elektrisk energi skörd med piezoelektriska bimorf givare som har betydande fördelar jämfört med dessa tidigare metoder.
Priya m.fl. har tillverkat en liten generator REF genom att använda piezoelektriska enheter, som kan ge upp till 50 mW effekt för de trådlösa sensornoder genom att öka antalet piezoelektriska bimorf i väderkvarn.
Piezoelectric Windmill: A Novel Solution to Remote Sensing
{'venue': None, 'journal': 'Japanese Journal of Applied Physics', 'mag_field_of_study': ['Physics']}