Electromechanical portable energy harvesting device: analysis and experimental tests

• Autorzy: Gieras J. F. , Oh J. H. , Huzmezan M.

Warianty tytułu

PL

Przenośne urządzenie elektromagnetyczne do pozyskiwania energii: analiza oraz badania eksperymentalne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the design analysis and performance of an energy harvesting prototype device operating on the principle of electromechanical energy conver- sion. The input vibration kinetic energy is converted into the output electrical energy. A spring - mass system with moving permanent magnet (PM) is mechanically excited by external vibrations. The voltage is induced in a stationary coil that is embraced by PM poles. When the coil is loaded with an external impedance, an electric current proportional to the induced EMF arises in the external circuit. Fundamental equations for performance calculations have been derived on the basis of elementary beam theory and circuit analysis. A prototype has been built and the calculation results have been validated with the test results.

PL

Artykuł omawia projektowanie, analizę oraz parametry urządzenia prototypowego do pozyskiwania energii, pracującego na zasadzie elektromechanicznego przetwarzania energii. Energia kinetyczna wejściowa w postaci energii wibracji mechanicznych jest przetwarzana na energię elektryczną (na zaciskach wyjściowych). Układ sprężyna - masa z ruchomym magnesem trwałym jest pobudzany mechanicznie przez wibracje zewnętrzne. Napięcie elektryczne jest indukowane w cewce stacjonarnej, na skutek wibracji biegunów magnesów trwałych. Kiedy cewka zostanie obciążona przez impedancję zewnętrzną, w obwodzie zewnętrznym popłynie prąd elektryczny proporcjonalny do wzniecanej SEM w cewce. Równania podstawowe do obliczania parametrów i charakterystyk zostały wyprowadzone na podstawie teorii elementarnej belki podpartej, analizy obwodowej oraz analizy polowej. Obliczenia teoretyczne zostały zweryfikowane pomiarami na zbudowanym prototypie.

Słowa kluczowe

EN

energy harvesting; vibration generator; electromechanical; permanent magnets

PL

pozyskiwanie energii; generator wibracyjny; magnesy trwałe; elektromechaniczne przetwarzanie energii

• Wydawca: Wydawnictwa Uczelniane Politechniki Bydgoskiej im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Elektrotechnika / Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy
• Rocznik: 2008
• Tom: z. 13
• Strony: 17--36
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz.

Twórcy

autor

Gieras J. F.

autor

Oh J. H.

autor

Huzmezan M.

• University of Technology and Life Sciences Al. S. Kaliskiego 7, 85-796 Bydgoszcz, Poland,

Bibliografia

• [1] Amirtharajah R., Chandrakasan A.P., 1998: Self-Powered Signal Processing Using Vibration-Based Power Generation, IEEE Journal of Solid State Circuits, Vol. 33, No. 5, 687-695.
• [2] Ching N.N.H., Wong H.Y., Li W.J., Leong, P.H.W. Wen, Z., 2002: A laser-micro machined multi-modal resonating power transducer for wireless sensing systems, Sensors and Actuators, Elsevier, vol. A 97-98, 685-690.
• [3] Choi H.Y., Jung S.Y., Jung H.K., 2002: Performance Evaluation of Permanent Magnet Linear Generator for Charging the Battery of Mobile Apparatus, Int. Conf. On Electr. Machines ICEM’2002, Brugges, Belgium, paper No 234 (CD).
• [4] Craig R.R., 1981: Structural Dynamics: An Introduction to Computer Methods, J. Wiley & Sons.
• [5] Den Hartog, J.P., 1984: Mechanical Vibrations, Dover Publications.
• [6] Glynne-Jones P., Tudor M.J., Beeby S.P., White N.M., 2004: An electromagnetic, vibrationpowered generator for intelligent sensor systems, Sensors and Actuators, Elsevier, vol. A110, 344-349.
• [7] Lee J.M.H., Yuen S.C.L., Luk M.H.M., Chan G.M.H., Lei K.F., Li W.J., Leong P.H.W, Yam Y., 2003: Vibration-to-Electrical Power Conversion Using High-Aspect-Ratio MEMS Resonators, Power MEMS Conf., Chiba, Japan.
• [8] Meninger, S., Mur-Miranda, J.O., Amirtharajah, R., Chandrakasan, A.P., and Lang, H.J., 2001: Vibration-to-Electric Energy Conversion, IEEE Trans. on VLSI Systems, Vol. 9, No. 1, 64-76.
• [9] Shearwood C., Yates R.B., 1997: Development of an Electromagnetic Microgenerator, Electronics Letters, Vol. 33, No. 22, 1883-1884.
• [10] Shenck N.S., Paradiso J.A., 2001: Energy Scavenging with Shoe-Mounted Piezoelectrics, IEEE Micro, Vol. 21, No. 3, 30-42.
• [11] Sterken T., Baert K., Puers R., Borghs S.: Power Extraction from Ambient Vibration, Catholic University of Leuven, Leuven, Belgium.
• [12] Williams C.B., Yates R.B. 1995: Analysis of a Micro-Electric Generator for Microsystems, 8th Intern. Conf. on Solid-State Sensors and Actuators and Eurosensors IX, Stockholm, Sweden, 369-372.
• [13] Gieras J.F., Oh J.H., Huzmezan M.: Electromechanical energy harvesting system, Int. Patent Publ. WO 2007/044008 A1.