LT6329B - Piezoelectric generator of high frequency vibrations for converting into electricity - Google Patents
Piezoelectric generator of high frequency vibrations for converting into electricity Download PDFInfo
- Publication number
- LT6329B LT6329B LT2015002A LT2015002A LT6329B LT 6329 B LT6329 B LT 6329B LT 2015002 A LT2015002 A LT 2015002A LT 2015002 A LT2015002 A LT 2015002A LT 6329 B LT6329 B LT 6329B
- Authority
- LT
- Lithuania
- Prior art keywords
- piezoelectric
- transducer
- high frequency
- base
- rigid support
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Technikos sritisTechnical field
Išradimas priskiriamas prietaisų sričiai, konkrečiai elektros energijos generavimo įrenginiams, naudojantiems pjezoelektrinj efektą.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to the field of devices, in particular to devices for generating electric power using piezoelectric effect.
Tai energijos surinkimo (angį. „energy harvesting“) principu veikiantis vibracinis pjezoelektrinis elektros energijos generatorius. Aplinkos virpesiams sužadinus generatorių, pjezoelektriniai generatoriaus sluoksniai deformuojami ir generuoja elektros energiją.It is an energy harvesting (piezoelectric) electric power generator. When the oscillator excites the generator, the piezoelectric layers of the generator are deformed and generate electricity.
Technikos lygisState of the art
Yra žinomas vibracinis generatorius, susidedantis iš bato pade įmontuoto pjezoelektrinio keitiklio, prijungto prie elektros energijos apdorojimo ir kaupimo grandinės. Generatoriaus pjezoelementas sužadinamas žmogui pradėjus eiti; žmogaus pėdos generuojamai jėgai pasiekus tam tikrą lygį, pjezoelektrinis gembės tipo keitiklis pradeda vibruoti smūgiuodamas į standžią atramą, o deformuojamas keitiklio pjezosluoksnis gaminti elektros energiją (žiūr. US20060021261 A1, A43 B5/10, H02N 2/18,2006).There is a known vibratory oscillator consisting of a piezoelectric transducer embedded in a shoe pad connected to an electric power processing and storage circuit. The piezo element of the generator is triggered when a person starts to walk; when the level of force generated by the human foot reaches a certain level, the piezoelectric bracket-type transducer starts to vibrate by impacting the rigid support, and the piezo-layer of the transducer is deformed to generate electricity (see US20060021261 A1, A43 B5 / 10, H02N 2 / 18,2006).
Yra žinomas vibracinis generatorius, susidedantis iš pjezoelektrinio dvisluoksnio gembės tipo (su koncentruota mase pritvirtinta gembės gale) keitiklio, ir standžios atramos į kurią sužadintas keitiklis smūgiuoja (žiūr. K.H. Mak et ai. „Performance of a cantilever piezoelectric energy harvester imapacting a bump stop“, Journal fo Sound and Vibration, 330, 2011).There is a known vibratory oscillator consisting of a piezoelectric double-layer boom-type transducer (with concentrated mass attached to the end of the boom) and a rigid support to which the excited transducer impacts (see KH Mak et al., "Performance of a cantilever piezoelectric energy harvester imapacting a bump stop"). , Journal fo Sound and Vibration, 330, 2011).
Nurodyto prietaiso gembės skerspjūvis yra pastovus, nepritaikytas aukštadažnių virpesių konvertavimui į elektros energiją. Prietaiso savieji dažniai reguliuojami pritaisius gembės gale koncentruotą masę, kuri riboja prietaiso minimizavimo galimybes. Atramos, į kurią keitiklis smūgiuoja, vieta parinkta atsitiktinai, energijos generavimui neišnaudojamos aukštesnės virpesių formos.The clamp of the given device has a constant cross-section and is not adapted for the conversion of RF oscillations into electricity. The device's native frequencies are controlled by the addition of a concentrated mass at the end of the bracket, which limits the device's minimization capabilities. The location of the support impacted by the transducer is random, and no higher vibration shapes are used to generate energy.
Išradimo esmėThe essence of the invention
Išradimo tikslas - vibracinio pjezoelektrinio elektros energijos generatoriaus generuojamos įtampos padidinimas, keitiklį žadinant aukštadažniu arba atsitiktiniu signalu.The object of the invention is to increase the voltage generated by a vibrating piezoelectric power generator by excitation of the converter by a high frequency or a random signal.
Nurodytas tikslas pasiekiamas tuo, kad pjezoelektriniame generatoriuje aukštadažnių virpesių konvertavimui į elektros energiją susidedančiame iš korpuse įtvirtinto pjezoelektrinio stačiakampės gembės tipo keitiklio ir standžios atramos, pjezoelektrinio stačiakampės gembės tipo keitiklio pagrindo skerspjūvis iš apačios ir iš viršaus yra ovaliai pastorintas L ilgio gembės vietoje 0.24L, pjezoelektriniais sluoksniais yra padengta viršutinė keitiklio pagrindo dalis, išskyrus pastorinto skerspjūvio vietą, o standi atramą, į kurią sužadintas keitiklis smūgiuoja, yra pritvirtinta korpuso horizontalioje plokštumoje atstumu 0,78 L nuo keitiklio pagrindo tvirtinimo vietos .The stated objective is achieved by the fact that in the piezoelectric generator for the conversion of RF frequencies into electricity consisting of a piezoelectric rectangular beam type transducer and a rigid support mounted in a housing, the tops of the transducer base, with the exception of the bore cross section, are covered with layers, and the rigid support impacted by the transducer is mounted in the horizontal plane of the housing at a distance of 0.78 L from the transducer base anchorage.
Trumpas brėžinių aprašymasBrief description of the drawings
Išradimas paaiškintas figūrose.The invention is explained in the figures.
fig. Pjezoelektrinio generatoriaus aukštadažnių virpesių konvertavimui į elektros energiją principinė schema.FIG. Principle diagram of piezoelectric generator for the conversion of RF frequencies to electricity.
fig. a) Antrajam savųjų virpesių dažniui optimizuota pjezoelektrinio keitiklio konstrukcija, kur maksimalus gembės skerspjūvis taške x/L = 0,24; b) Racionali pjezoelektrinio keitiklio konstrukcija, kur maksimalus gembės skerspjūvis taške x/L = 0,24.FIG. (a) For piezoelectric transducer optimized for second frequency oscillation, maximum clamp cross-section at x / L = 0.24; (b) Rational design of piezoelectric transducer, with maximum cross-section of the beam at x / L = 0.24.
Pjezoelektrinis generatorius aukštadažnių virpesių konvertavimui į elektros energiją susideda iš korpuse 1 įtvirtinto gembės tipo pjezoelektrinio keitiklio 2, susidedančio iš L ilgio stačiakampės formos pagrindo 3, kurio skerspjūvis iš apačios ir viršaus yra ovaliai pastorintas 0,24L vietoje, kur pagrindo 3 viršutinė dalis, išskyrus ovaliai pastorintas vietas, padengta, pjezoelektriniais sluoksniais 4, 5 su elektrodais 6, 7, 8, 9 ir standžios atramos 10 pritvirtinta atstumu 0,78 L nuo pagrindo 3 tvirtinimo vietos .Piezoelectric generator for converting RF oscillations to electricity consists of a clamp-type piezoelectric transducer 2 embedded in a housing 1, consisting of a rectangular base L of length L, oval bulged at the base and top, except the upper part of the base 3 the bold areas covered with piezoelectric layers 4, 5 with electrodes 6, 7, 8, 9 and rigid supports 10 secured at a distance of 0.78 L from the mounting location of the base 3.
Išradimo realizavimasImplementation of the invention
Prietaisas veikia taip.The device works as follows.
Sužadintas racionalios (2b fig.) geometrijos pjezoelektrinis keitiklis 2, sudarytas iš pagrindo 3 ir pjezoelektrinių sluoksnių 4, 5, iš abiejų pusių tolygiai padengtų elektrodais 6,7,8,9, smūgiuoja į standžią atramą 10, įtvirtintą keitiklio 2 antrosios virpesių formos mazginiame taške 0,78L. Deformuojamuose keitiklio 2 pjezoelektriniuose sluoksniuose 4,5, atsiranda potencialų skirtumas - t.y., įtampa kuri perduodama į elektros energijos grandinę.An excited piezoelectric transducer 2 of rational (Fig. 2b) geometry consisting of a substrate 3 and piezoelectric layers 4, 5, uniformly coated on both sides with electrodes 6,7,8,9, strikes the rigid support 10 embodied in the second oscillating unit of the transducer 2. at 0.78L. In the deformable piezoelectric layers 4.5 of the converter 2, a potential difference occurs, i.e., the voltage transmitted to the electrical circuit.
Optimalios pjezoelektrinio keitiklio 2 pagrindo 3 geometrinės konfigūracijos nustatomos taikant žemiau pateiktą tikslo funkciją:The optimal geometry configurations of the base 3 of the piezoelectric converter 2 are determined by the following objective function:
Φ(ϊ4) = minpa + A2 + ... + Am), kur A,- sistemos komponentų /=1, 2, m skerspjūvis. Taikant netiesinio programavimo metodą apribojimai aprašomi žemiau pateiktomis nelygybėmis.Φ (ϊ4) = minpa + A 2 + ... + A m ) where A, - is the cross section of the system components / = 1, 2, m. Constraints of the nonlinear programming method are described by the following inequalities.
fm(A) = l-Am/Ai<0, = l-ω/ω* < 0, kur ω*- užduotas sistemos virpesių dažnis.f m (A) = lA m / Ai <0, = l-ω / ω * <0, where ω * is the set system vibration frequency.
Taikant gradientų projekcijos būsenų erdvėje metodą gauta optimali pjezoelektrinio elektros energijos generatoriaus geometrinė konfigūracija antrajam sumažintam savųjų virpesių dažniui (fig. 2, a). Šios konfigūracijos maksimalus skerspjūvis yra 0,24L atstumu nuo tvirtinimo vietos. Kadangi tokią pjezoelektrinio keitiklio geometrinę konfigūraciją pagaminti sudėtinga, be to, ant tokios konfigūracijos pagrindo sunku suformuoti pjezoelektrinės medžiagos sluoksnį, sistema racionalizuota kaip nurodyta (fig. 2,b). Racionaliai konstrukcijai smūgiuojant į standžią atramą, išstatytą antrosios virpesių formos mazginiame taške 0,78L galima sužadinti aukštesnes generatoriaus virpesių formas ir jas išnaudoti generatoriaus generuojamoms įtampoms padidinti.By applying the gradient projection states in space, the optimum geometrical configuration of the piezoelectric power generator for the second reduced eigenfrequency was obtained (Fig. 2, a). The maximum cross-section of this configuration is 0.24L from the anchorage point. Since such a geometric configuration of the piezoelectric transducer is difficult to fabricate and it is difficult to form a layer of piezoelectric material on the basis of such a configuration, the system is rationalized as shown (Fig. 2, b). When a rational design strikes a rigid support at a 0.78L second-oscillation junction, higher oscillator shapes can be excited and used to increase the oscillator-generated voltages.
Pramoninis pritaikomumasIndustrial applicability
Palyginus su prototipu, nauja konstruktyvinių elementų visuma leidžia išlaikyti pjezoelektrinį elektros energijos generatorių paskirstytųjų parametrų sistema ir susižadinti aukštesnėms veikiančio keitiklio virpesių formoms nepriklausomai nuo išorinio keitiklio, dėka ko yra galimas vibracinio pjezoelektrinio elektros energijos generatoriaus generuojamos įtampos padidinimas, keitiklį žadinant aukštadažniu arba atsitiktiniu signalu.Compared to the prototype, the new set of structural elements allows the piezoelectric power generator to be distributed in a distributed parameter system and to excite the higher forms of the operating inverter oscillations independently of the external inverter, which makes it possible to increase
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
LT2015002A LT6329B (en) | 2015-01-19 | 2015-01-19 | Piezoelectric generator of high frequency vibrations for converting into electricity |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
LT2015002A LT6329B (en) | 2015-01-19 | 2015-01-19 | Piezoelectric generator of high frequency vibrations for converting into electricity |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
LT2015002A LT2015002A (en) | 2016-08-10 |
LT6329B true LT6329B (en) | 2016-11-10 |
Family
ID=56564897
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
LT2015002A LT6329B (en) | 2015-01-19 | 2015-01-19 | Piezoelectric generator of high frequency vibrations for converting into electricity |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
LT (1) | LT6329B (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060021261A1 (en) | 2004-07-19 | 2006-02-02 | Face Bradbury R | Footwear incorporating piezoelectric energy harvesting system |
-
2015
- 2015-01-19 LT LT2015002A patent/LT6329B/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060021261A1 (en) | 2004-07-19 | 2006-02-02 | Face Bradbury R | Footwear incorporating piezoelectric energy harvesting system |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
K.H. MAK ET AL.: "Performance of a cantilever piezoelectric energy harvester imapacting a bump stop", JOURNAL FO SOUND AND VIBRATION.330, 2011 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
LT2015002A (en) | 2016-08-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2662971B1 (en) | Piezoelectric power generator | |
Fan et al. | Design and experimental verification of a bi-directional nonlinear piezoelectric energy harvester | |
JP2011152004A (en) | Power generation unit and power generation devic | |
JP4048203B2 (en) | Piezoelectric generator | |
US20150135869A1 (en) | Energy-harvesting apparatus and method | |
Wang et al. | Energy harvester array using piezoelectric circular diaphragm for rail vibration | |
KR100691796B1 (en) | Vibration generator using permanent magnet and piezoelectric ceramics and generating method using thereof | |
KR101417848B1 (en) | Vibration energy harvesting device having drum head structure | |
WO2016020481A1 (en) | Energy harvester | |
EP3317514A1 (en) | Device for generating energy and method for use of the device | |
KR102497279B1 (en) | Ultrasonic vibrator and ultrasonic cleaning device using ultrasonic vibrator | |
KR20180066787A (en) | Vibration Energy Harvesting Device based on Stochastic Resonance and Vibration Energy Harvesting System using the same | |
LT6329B (en) | Piezoelectric generator of high frequency vibrations for converting into electricity | |
KR101053487B1 (en) | Vibration frequency converter, energy collector and vibration method using vibration frequency converter | |
CN105324184B (en) | Electroacoustic transducer | |
Halim et al. | Impact based frequency increased piezoelectric vibration energy harvester for human motion related environments | |
Chen et al. | Experimental study and finite element analysis for piezoelectric impact energy harvesting using a bent metal beam | |
KR20110066645A (en) | The vibratory energy harvesting device | |
JPH07170768A (en) | Ultrasonic motor | |
EP2819434B1 (en) | Ultrasonic wave-generating device | |
JP6006317B2 (en) | SOUND GENERATOR, SOUND GENERATOR, AND ELECTRONIC DEVICE | |
JP2006254586A (en) | Piezoelectric power plant | |
KR20160014453A (en) | Vibrator | |
RU2623445C1 (en) | Piezoelectric cantilever-type converter of mechanical energy into electrical energy | |
LT6330B (en) | Piezoelectric generator converting low frequency vibration into electrical energy. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
BB1A | Patent application published |
Effective date: 20160810 |
|
FG9A | Patent granted |
Effective date: 20161110 |
|
MM9A | Lapsed patents |
Effective date: 20180119 |