LT6330B - Piezoelectric generator converting low frequency vibration into electrical energy. - Google Patents

Piezoelectric generator converting low frequency vibration into electrical energy. Download PDF

Info

Publication number
LT6330B
LT6330B LT2015006A LT2015006A LT6330B LT 6330 B LT6330 B LT 6330B LT 2015006 A LT2015006 A LT 2015006A LT 2015006 A LT2015006 A LT 2015006A LT 6330 B LT6330 B LT 6330B
Authority
LT
Lithuania
Prior art keywords
resonator
piezoelectric
generator
low frequency
bracket
Prior art date
Application number
LT2015006A
Other languages
Lithuanian (lt)
Other versions
LT2015006A (en
Inventor
Vytautas Ostaševičius
Rimvydas Gaidys
Rolanas Daukševičius
Original Assignee
Kauno technologijos universitetas
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kauno technologijos universitetas filed Critical Kauno technologijos universitetas
Priority to LT2015006A priority Critical patent/LT6330B/en
Publication of LT2015006A publication Critical patent/LT2015006A/en
Publication of LT6330B publication Critical patent/LT6330B/en

Links

Abstract

The invention relates to devices for electric power generation installations using the piezoelectric effect. The invention aims piezoelectric vibration generator of electricity produced and increase the operating frequency range, the generator excitation in a wide frequency range varying subwoofers periodic or random signals. This goal is reached that in piezoelectric generator of low-frequency vibrations of the conversion into electrical energy comprises in a frame arranged resonator with concentrated mass mounted on the end of bracket and at piezoelectric cantilever type actuator with concentrated mass mounted on a bracket end, at least one additional resonator is arranged in construction, a natural frequency of resonator satisfies the condition fk = n × f (k-1), where n - an integer, f - a resonator, the natural frequency (Hz), k - the resonator number (2? k? j, j - total cavity number) .

Description

Išradimas priskiriamas prietaisų sričiai, konkrečiai elektros energijos generavimo įrenginiams, naudojantiems pjezoelektrinj efektą,The invention relates to the field of devices, in particular to devices for generating electric power using the 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 j standžią atramą, o deformuojamas keitiklio pjezoelektrinis sluoksnis gaminti elektros energiją (žiūr. US20060021261 Al, 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 piezoelectric layer of the transducer is deformed to generate electricity (see US20060021261 Al, A43 B5 / 10, H02N 2/18, 2006).

Yra žinomas vibracinis generatorius, susidedantis iš vieno žemadažnio gembės tipo rezonatoriaus (su koncentruota mase pritvirtinta gembės gale) ir vieno aukštadažnio gembės tipo pjezoelektrinio keitiklio (su koncentruota mase pritvirtinta gembės gale), kur rezonatorius, sužadintas žemo dažnio virpesiais, smūgiuoja j keitiklį taip priversdamas jį virpėti aukštu dažniu, o keitiklio pjezoelektrinj sluoksnį gaminti elektros energiją (žiūr. US 2011/0074162 Al, F03G 7/08, H02N 2/18, 2011).There is a known vibrating oscillator consisting of one low frequency clamp type resonator (with concentrated mass attached to the end of the clamp) and one high frequency clamp type piezoelectric transducer (with concentrated mass attached to the clamp end) where the resonator, excited by low frequency oscillations, strikes the transducer oscillate at high frequencies and the piezoelectric layer of the converter to generate electricity (see US 2011/0074162 Al, F03G 7/08, H02N 2/18, 2011).

Nurodytame prietaise naudojamas vienas rezonatorius susižadina ribotame dažnių diapazone (esančiame greta rezonatoriaus savojo dažnio), todėl toks generatorius nėra pritaikytas plačiame dažnių ruože kintančių žemadažnių virpesių (itin paplitusių aplinkoje) konvertavimui j elektros energiją. Žadinimo signalo dažniui kintant plačiose ribose, toks generatorius veiks neefektyviai: laike kintančiam aplinkos virpesių dažniui nutolus nuo rezonatoriaus savojo dažnio, rezonatoriaus virpesių amplitudės sumažės tiek, kad jis nebesmūgiuos j keitiklį, todėl generatorius nebegamins elektros energijos.The single resonator used in the above device excites in a limited frequency range (adjacent to the resonator's own frequency), so such a generator is not capable of converting a wide frequency range of low frequency oscillations (very common in the environment) to electricity. As the excitation frequency changes over a wide range, such a generator will operate inefficiently: as the time-varying ambient oscillation frequency moves away from the resonator's own frequency, the amplitude of the resonator oscillations will decrease to such an extent that it no longer generates electricity.

Išradimo esmėThe essence of the invention

Išradimo tikslas - vibracinio pjezoelektrinio generatoriaus gaminamos elektros energijos bei darbinio dažnių diapazono padidinimas, generatorių žadinant plačiame dažnių ruože kintančiu žemadažniu periodiniu arba atsitiktiniu signalu.The object of the present invention is to increase the electrical power and the operating frequency range of a vibrating piezoelectric generator by excitation of the generator in a wide frequency range by alternating low frequency periodic or random signal.

Nurodytas tikslas pasiekiamas tuo, kad pjezoelektriniame generatoriuje žemadažnių virpesių konvertavimui į elektros energiją, susidedančiame iš korpuse įtvirtinto gembės tipo rezonatoriaus su koncentruota mase pritvirtinta gembės gale ir pjezoelektrinio gembės tipo keitiklio su koncentruota mase pritvirtinta gembės gale, j konstrukciją sumontuotas ne mažiau vienas papildomas rezonatorius, kurio savasis dažnis tenkina sąlygą fk = n x f(k-i), kur n - sveikasis skaičius, f - rezonatoriaus savasis dažnis (Hz), k - rezonatoriaus numeris (2 < k < j), j - suminis rezonatorių skaičius).The stated objective is achieved by the fact that in the piezoelectric generator for the conversion of low frequency oscillations to electricity consisting of a housing mounted beam type resonator with a concentrated mass mounted on the end of the beam and a piezoelectric beam type converter with a concentrated mass mounted on the end eigenfrequency satisfies the condition f k = nxf (ki), where n - integer, f - resonator eigenfrequency (Hz), k - resonator number (2 <k <j), j - total number of resonators).

Trumpas brėžinio aprašymasBrief description of the drawing

Išradimas paaiškintas figūroje.The invention is explained in the figure.

fig. pavaizduota pjezoelektrinio generatoriaus žemadažnių virpesių konvertavimui j elektros energiją principinė schema.FIG. illustrates the principle diagram of the conversion of the low frequency oscillations of a piezoelectric generator to electricity.

Pjezoelektrinis generatorius žemadažnių virpesių konvertavimui j elektros energiją susideda iš korpuse 1 įtvirtintų dviejų gembės tipo aukštadažnių pjezoelektrinių keitiklių 2, 3 su koncentruotomis masėmis 4, 5 pritvirtintomis gale, susidedančių iš stačiakampės formos pagrindo 6, 7, kuris padengtas pjezoelektriniais sluoksniais 8, 9 su elektrodais 10, 11, 12, 13 bei dviejų gembės tipo rezonatorių 14, 15, sumontuotų tarp keitiklių 2, 3 ir susidedančių iš gembių 16, 17 su gale pritvirtintomis koncentruotomis masėmis 18,19.The piezoelectric generator for converting the low-frequency oscillations to electricity consists of two clamp-type HF-type piezoelectric transducers 2, 3 with concentrated masses 4, 5 attached at the end, consisting of a rectangular base 6, 7 covered with piezoelectric layers 8, , 11, 12, 13 and two bracket-type resonators 14, 15 mounted between transducers 2, 3 and consisting of brackets 16, 17 with concentric masses 18,19 attached at the rear.

Išradimo realizavimasImplementation of the invention

Prietaisas veikia taip.The device works as follows.

Veikiami kintančio dažnio periodinio arba atsitiktinio žemadažnio mechaninio žadinimo signalo, rezonatoriai 14, 15 pradeda virpėti, o gembių 16, 17 gale pritvirtintos koncentruotos masės 18, 19 atskirai arba drauge (priklausomai nuo žadinimo dažnio) smūgiuoja į pjezoelektrinių keitiklių 2, 3 gale pritvirtintas koncentruotas mases 4, 5, tokiu būdu deformuodamos keitiklius ir priversdamos juos virpėti aukštu dažniu. Deformuojamuose keitiklių 2, 3 pjezoelektriniuose sluoksniuose 8, 9 generuojąs! elektrinis krūvis, kuris kaupiasi ant elektrodų 10, 11 12, 13 ir gali būti perduodamas į prie generatoriaus jungiamą išorinę elektros grandinę.Exposed to a variable frequency periodic or random low frequency mechanical excitation signal, the resonators 14, 15 begin to oscillate, and the concentrated masses 18, 19 at the ends of the brackets 16, 17 strike individually or together (depending on the excitation frequency) on the concentrated masses at piezoelectric transducers 2, 3. 4, 5 thereby deforming the transducers and causing them to oscillate at high frequency. In the deformable piezoelectric layers 8, 9 of the transducers 2, 3 generates! the electrical charge that accumulates on the electrodes 10, 11 12, 13 and can be transmitted to an external electrical circuit connected to the generator.

Pramoninis pritaikomumasIndustrial applicability

Palyginus su prototipu, nauja konstruktyvinių elementų visuma su racionaliai parinktais žemadažnių rezonatorių savaisiais dažniais, leidžia efektyviai išnaudoti suminį rezonatorių smūginį poveikį į pjezoelektrinius keitiklius, dėka ko yra galimas vibracinio pjezoelektrinio generatoriaus gaminamos elektros energijos padidinimas bei darbinio dažnių diapazono praplėtimas, generatorių žadinant plačiame dažnių ruože kintančiu žemadažniu periodiniu arba atsitiktiniu signalu.Compared to the prototype, a new set of structural elements with rationally selected low frequency resonator eigenfrequencies enables efficient utilization of the total resonator impact on the piezoelectric transducers, which allows for an increase in the power generated by the oscillating piezoelectric generator and extension of the operating frequency a low frequency periodic or random signal.

Claims (2)

Išradimo apibrėžtisDefinition of the Invention 1. Pjezoelektrinis generatorius žemadažnių virpesių konvertavimui į elektros energiją, susidedantis iš korpuse įtvirtinto gembės tipo rezonatoriaus su koncentruota mase, pritvirtinta gembės gale, ir pjezoelektrinio gembės tipo keitiklio su koncentruota mase, pritvirtinta gembės gale, besiskiriantis tuo, kad į konstrukciją sumontuotas ne mažiau vienas papildomas rezonatorius.1. Piezoelectric generator for converting low frequency oscillations to electricity, consisting of a housing-mounted bracket-type resonator with a concentrated mass mounted at the end of the bracket and a piezo-electric bracket-type converter with a concentrated mass mounted at the end of the bracket resonator. 2. Pjezoelektrinis generatorius žemadažnių virpesių konvertavimui į elektros energiją pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad kiekvieno papildomo rezonatoriaus savasis dažnis tenkina sąlygą fk= n x f(k-i), kur n - sveikasis skaičius, f - rezonatoriaus savasis dažnis (Hz), k - rezonatoriaus numeris (2 < k < j), j - suminis rezonatorių skaičius).2. Piezoelectric generator for converting low frequency oscillations to electricity according to claim 1, characterized in that the eigenfrequency of each auxiliary resonator satisfies the condition f k = nxf (ki), where n is an integer, f is the eigenfrequency of the resonator (Hz), k - resonator number (2 <k <j), j is the total number of resonators).
LT2015006A 2015-01-29 2015-01-29 Piezoelectric generator converting low frequency vibration into electrical energy. LT6330B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2015006A LT6330B (en) 2015-01-29 2015-01-29 Piezoelectric generator converting low frequency vibration into electrical energy.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2015006A LT6330B (en) 2015-01-29 2015-01-29 Piezoelectric generator converting low frequency vibration into electrical energy.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
LT2015006A LT2015006A (en) 2016-08-10
LT6330B true LT6330B (en) 2016-11-10

Family

ID=56564895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
LT2015006A LT6330B (en) 2015-01-29 2015-01-29 Piezoelectric generator converting low frequency vibration into electrical energy.

Country Status (1)

Country Link
LT (1) LT6330B (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
US20110074162A1 (en) 2009-09-30 2011-03-31 Francesco Cottone Energy harvester apparatus having improved efficiency

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
US20110074162A1 (en) 2009-09-30 2011-03-31 Francesco Cottone Energy harvester apparatus having improved efficiency

Also Published As

Publication number Publication date
LT2015006A (en) 2016-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4048203B2 (en) Piezoelectric generator
JP2009509495A (en) Energy harvesting using frequency rectification
JP2011152004A (en) Power generation unit and power generation devic
WO2016020481A1 (en) Energy harvester
KR100691796B1 (en) Vibration generator using permanent magnet and piezoelectric ceramics and generating method using thereof
JP5760561B2 (en) Piezoelectric power generator and electronic device including the piezoelectric power generator
KR101417848B1 (en) Vibration energy harvesting device having drum head structure
KR20180066787A (en) Vibration Energy Harvesting Device based on Stochastic Resonance and Vibration Energy Harvesting System using the same
KR101053487B1 (en) Vibration frequency converter, energy collector and vibration method using vibration frequency converter
JP2015149632A (en) Piezoelectric oscillation unit and piezoelectric speaker
LT6330B (en) Piezoelectric generator converting low frequency vibration into electrical energy.
Halim et al. Impact based frequency increased piezoelectric vibration energy harvester for human motion related environments
JP2006254586A (en) Piezoelectric power plant
KR101930633B1 (en) Generator using sound pressure
KR101652815B1 (en) Energy harvester using cantilever
JP6309698B1 (en) Power generation device and power generation element
RU220239U1 (en) Piezoelectric generator with bimorph beam type transducer
Suresh et al. A lumped electromechanical model for output power from partially covered piezoelectric energy harvester
RU195757U1 (en) Piezoelectric beam generator
KR20180111719A (en) Vibration Energy Harvesting Device based on Stochastic Resonance and Vibration Energy Harvesting System using the same
Gunn et al. Energy harvesting from torsional vibrations using a nonlinear oscillator
Hashimoto et al. Evaluation of impact mode-based piezoelectric power generator
LT6329B (en) Piezoelectric generator of high frequency vibrations for converting into electricity
Kulkarni et al. A torsion based shear mode piezoelectric energy harvester for wireless sensor modules
JP2004222414A (en) Piezoelectric power generating method and power generator

Legal Events

Date Code Title Description
BB1A Patent application published

Effective date: 20160810

FG9A Patent granted

Effective date: 20161110

MM9A Lapsed patents

Effective date: 20180129