بررسی تجربی برداشت انرژی از راه رفتن انسان

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران جنوب، باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، تهران، ایران

2 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران جنوب، دانشکده مهندسی مکانیک، تهران، ایران

چکیده

برداشت انرژی یا مهار انرژی، فرایند استخراج انواع انرژی محیط پیرامون، از طریق روشهای مختلف است. عدم نیاز به تعویض باتری‌های فرسوده، کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری ناشی از بررسی و جایگزینی باتری‌ها برای شبکه‌های بی‌سیم و استفاده از ابزارهای پزشکی قابل نصب در داخل بدن از دلایل مهم استفاده از برداشت‌کننده‌های انرژی می‌باشند. مواد پیزوالکتریک دسته‌ای از مواد هوشمند می‌باشند که کرنش مکانیکی را به ولتاژ الکتریکی تبدیل می‌کنند و چگالی توان تولیدی بیشتری در مقایسه با سایر روشهای مهار انرژی دارند. بنابراین این مواد از گزینه‌های اصلی در برداشت انرژی از ارتعاشات و حرکات مکانیکی پیرامون به شمار می آیند. جهت برداشت انرژی و ذخیره سازی، پاشنه‌های کفش و یا کتانی منابع مناسبی از تنش مکانیکی، تغییر شکل و ارتعاش در زمان راه رفتن انسان می‌باشند. هدف از این مقاله بررسی امکان استفاده از مواد پیزو الکتریک در کفش به عنوان یک منبع انرژی جهت شارژ باتری می‌باشد. به منظور امکان‌سنجی انجام کار، شبیه‌سازی اجزاء محدود مدل انجام شد و در ادامه نمونه آزمایشگاهی ساخته و مطالعه تجربی بر روی آن انجام گرفت. نتایج حاصل از تست‌ها نشان می‌دهد که استفاده از مبدل پیزوسرامیک جهت برداشت انرژی از نیروی فشاری حاصل از پا در راه رفتن، توانی در حدود mW 55 را در بیشترین حالت ممکن ایجاد می‌کند. در صورتی که این توان جهت شارژ یک باتری قلمی قابل شارژ با ولتاژ 2/1 ولت و جریان 900 میلی آمپر به کار گرفته شود، به 19 ساعت زمان نیاز است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Boyle G (2004) Renewable energy. OXFORD university press.

[2]  Erturk A, Inman DJ (2011) Piezoelectric energy harvesting. John Wiley & Sons.

[3]  Priya S, Inman DJ (2009) Energy harvesting technologies. vol. 21, Springer.

[4]  Abdi H, Mohajer N, Nahavandi S (2014) Human passive motions and a user-friendly energy harvesting system. JIMSS 25:  923-936.

[5]  Starner T (1996) Human-powered wearable computing. IBM Sys J 35: 618-629.

[6]  Zhao J, You Z (2014) A shoe-embedded piezoelectric energy harvester for wearable sensors. Sensors 14: 12497-12510.

[7]  Kymissis J, Kendall C, Paradiso J, Gershenfeld N (1998) Parasitic power harvesting in shoes. in Wearable Computers, Second International Symposium on 132-139.

[8]  Granstrom J, Feenstra J, Sodano HA, Farinholt K (2007) Energy harvesting from a backpack instrumented with piezoelectric shoulder straps. SMS 16: 1810.

[9]  Yang B, Yun KS (2012) Piezoelectric shell structures as wearable energy harvesters for effective power generation at low-frequency movement. Sens Actuators A Phys 188:  427-433.

[10] Hosseini R, Hamedi M (2015) An investigation into resonant frequency of trapezoidal V-shaped cantilever piezoelectric energy harvester. Microsyst Technol 1-8.

[11] Hosseini R, Hamedi M (2015) Improvements in energy harvesting capabilities by using different shapes of piezoelectric bimorphs. JMM 25.

[12] Hosseini R, Hamedi M (2016) Study of the resonant frequency of unimorph triangular V-shaped piezoelectric cantilever energy harvester. ILADMT 8.

[13] Palmer JA, Dessent B, Mulling JF, Usher T, Grant E, Eischen JW (2004) The design and characterization of a novel piezoelectric transducer-based linear motor.               IEEE ASME Trans Mechatron 9: 392-398.

[14] Sodano HA, Park G, Inman D (2004) Estimation of electric charge output for piezoelectric energy harvesting. Strain 40: 49-58.

[15] Pereyma M (2007) Overview of the modern state of the vibration energy harvesting devices. in Perspective Technologies and Methods in MEMS Design, MEMSTECH, International Conference on 107-112.

[16] Taleghani BK, Campbell JF (1999) Nonlinear finite element modeling of THUNDER piezoelectric actuators. Symposium on Smart Structures and Materials 555-566.

[17] حسینی ر، لطافتی م ح، حسینی مقدم س س (1396) برداشت انرژی ارتعاشی با استفاده از تیر یکسردرگیر با دو لایه پیزوالکتریک. مجله علمی پژوهشی مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 9-1 :(1)7.

[18] حسینی ر، حامدی م (1392) مهارکننده های انرژی مکانیکی. مجله علمی ترویجی مهندسی مکانیک ایران
30-25 :(92)20.