Ładowanie baterii z obwodem maty piezo

W tym poście poznajemy metodę pobierania darmowej energii elektrycznej z maty osadzonej w piezoelektryce poprzez chodzenie po niej i próbujemy zbadać, w jaki sposób energia ta może zostać wykorzystana do ładowania małej baterii.

Zwykle organizm ludzki niesie ze sobą ogromną ilość energii, która po prostu marnuje się podczas naszej codziennej pracy. Na przykład energia w postaci ciepła z naszego ciała i powierzchni głowy, energia poprzez każdy nasz ruch podczas siedzenia i pracy, snu itp.

Jednak największa ilość energii, która jest po prostu marnowana, jest marnowana podczas chodzenia. Tutaj zobaczymy, jak nasz proces chodzenia może zostać wykorzystany do wytwarzania energii elektrycznej za pomocą urządzeń piezo. W jednym z moich wcześniejszych artykułów zamieściłem podobny temat, który wyjaśnił jak generować prąd z butów za pomocą solenoidu , tutaj zbadamy, w jaki sposób piezo może być używane do zbierania energii elektrycznej z naszych kroków, chociaż ta koncepcja może być znacznie słabsza ze swoimi specyfikacjami, a zatem znacznie nieefektywna w porównaniu z odpowiednikiem solenoidowym.

Zanim zaczniemy stosować piezoelektryczny obwód generatora darmowej energii aktywowany stopą, warto wiedzieć ile maksymalnej mocy może faktycznie wygenerować piezo gdy zostanie na nią uderzony zoptymalizowany nacisk.

Jeśli przeanalizujemy standard 27 mm buzzer piezo `` okazuje się, że gdy zostanie uderzony lub uderzony gwałtownie (bez uszkodzenia), jest w stanie wygenerować około 1 do 3 V prądu stałego, który może być w stanie jasno oświetlić 5-milimetrową diodę LED. Cóż, wygląda to imponująco, ale uderzenie odpowiedniego rodzaju siły przy odpowiedniej prędkości i we właściwym miejscu jest czymś, co wygląda na trudne do wykonania. Mimo to może być wykonalne, aby te urządzenia działały zgodnie z przeznaczeniem, w miarę dobrze, przy pewnym zaplanowanym wysiłku.

Jak omówiono powyżej, element piezoelektryczny może generować do 3 V, ale prąd (amp) może być znacznie mniejszy przy około 10 do 20 mA, dlatego do obsługi stosunkowo większego obciążenia, takiego jak ładowanie akumulatora, ten prąd może nie wystarczyć i my może wymagać współpracy wielu elementów piezoelektrycznych w celu wytworzenia z nich większej ilości prądu.

Jak połączyć ze sobą wiele piezoelektrycznych, aby zwiększyć prąd

Aby zwiększyć ilość prądu z obwodu generatora maty piezoelektrycznej, konieczne staje się ich równoległe połączenie, ponieważ połączenie równoległe powoduje dodawanie prądu, podczas gdy połączenie szeregowe umożliwia dodanie napięcia.

Aby to zrealizować, każdy element piezoelektryczny musi mieć swoje własne oddzielne mostek prostowniczy , jak pokazano na poniższym rysunku:

Zdjęcie przedstawia 27-milimetrowy dwubiegunowy element piezoelektryczny u podstawy, złoty obszar przedstawia metalową płytkę piezoelektrycznego, a białe kółko przedstawia środkowy materiał piezoelektryczny ułożony na złotej płycie.

Nad białą częścią piezoelektrycznego widzimy przyklejoną czarną taśmę izolacyjną, aby zapewnić izolowaną platformę spoczynkową dla mostka prostowniczego, która składa się z 4 diod BAS86 Schottky'ego (pokazanych na czerwono).

Mostek jest solidnie zmontowany na wyżej wymienionej powierzchni kawałkami miedzianych drutów, widzimy dwa z nich zakończone centralnymi złączami mostka prostowniczego, jeden przylutowany na złoconej płytce piezo, a drugi przylutowany do środkowego białego materiału piezo (zachowaj ostrożność podczas lutowania na białej powierzchni, ponieważ jest ona dość delikatna i łatwo się z niej oderwie).

Dodatnie i ujemne końce mostka są zakończone czerwono-czarnymi przewodami, a te przewody z każdego zespołu piezo / mostka muszą być połączone ze sobą. To znaczy, załóżmy, że mamy 50 takich zespołów piezoelektrycznych, wtedy wszystkie czerwone przewody z 50 zespołów powinny być połączone razem, a 50 czarnych przewodów razem.

Te wspólne ujemne / dodatnie złącza można następnie podłączyć do kondensatora elektrolitycznego o wyższej wartości, a dalej do zacisków akumulatora (+) (-) (do ładowania).

Diody można dodatkowo zabezpieczyć nakładając kilka kropel super kleju na każdą z diod.

Możesz także zdecydować się na diody SMD, aby mostek był wyjątkowo kompaktowy i lekki.

Na tym kończy się zespół mostka piezoelektrycznego, który wyjaśnia, jak połączyć piezoelektryczne równolegle w celu zwielokrotnienia prądu wyjściowego, teraz przejdźmy dalej i nauczmy się najlepszej możliwej metody konfiguracji powyższego zespołu z mechanizmem, który najskuteczniej przekształci kroki stóp w energię elektryczną z piezoelektrycznych .

Mechanizm generatora energii elektrycznej z matą piezoelektryczną

Jak dowiedzieliśmy się z naszych wcześniejszych badań, piezo może nie generować energii elektrycznej efektywnie, chyba że zostanie uderzone lub uderzone z jakąś siłą lub szarpnięciem, a dokładniej uderzenie powinno być szybkie, aby uzyskać maksimum z tych urządzeń.

Oznacza to, że delikatne naciśnięcie piezoelektrycznego nie będzie wystarczające do optymalnego napędzania tych urządzeń, co oznacza, że ​​samo naciśnięcie zespołu piezoelektrycznego stopami nie pomoże w znacznym wygenerowaniu z nich.

Pamiętaj, że piezoelektryczne różni się od ogniwa obciążnikowego.

Mata piezoelektryczna powinna być wyposażona w mechanizm, który musi być w stanie przekształcić nawet powolny krok stopy w szybkie uderzenie w piezo .

Po zastanowieniu wymyśliłem następującą metodę implementacji maty piezo, która, miejmy nadzieję, byłaby w stanie osiągnąć maksimum z urządzeń. Jeśli masz lepsze rozwiązanie, możesz użyć go zamiast tego.

Poniższy schemat przedstawia mechanizm składający się z drewnianej deski obróconej na środku i pokrytej warstwą pianki lub gąbki. Za każdym razem, gdy ktoś nadepnie na piankę, deska przechyla się z „głuchym odgłosem”, powodując znaczne drgania całej deski. To samo powtarza się, gdy stopień stopy zostaje podniesiony z systemu.

Pozycjonowanie piezo

Położenie zespołu piezoelektrycznego można zobaczyć na powyższym rysunku.

Szara strefa to podstawa maty, żółtawa sekcja oznacza drewnianą deskę z centralnym prętem obrotowym, dzięki czemu może płynnie przerzucać się po obu stronach, gdy ktoś na nią nadepnie.

Omówione powyżej zespoły piezoelektryczne mogą być mocowane na dolnej powierzchni deski w kierunku krawędzi, aby umożliwić ich maksymalne oddziaływanie. Krawędź deski będzie wywierać maksymalny wpływ niż środkowa sekcja obrotowa, dlatego zaleca się przesuwanie piezo możliwie jak najbliżej krawędzi deski.

Przyklejanie Piezos będzie wymagało specjalnej troski

Nie można po prostu przykleić piezoelektrycznych bezpośrednio do wskazanej deski, ponieważ spowodowałoby to po prostu wytłumienie ruchu piezoelektrycznego, czyniąc je dość nieefektywnymi.

Właściwą metodą byłoby wybijanie niewymiarowych otworów i przyklejenie piezoelektrycznych w poprzek w taki sposób, aby tylko krawędź piezo mogła stykać się z deską, podczas gdy ich środkowa część zwisała w szczelinie otworów, jak pokazano poniżej

Jak widać na powyższym projekcie, deska jest wybita otworami odpowiadającymi liczbie elementów piezo, które należy wkleić, jeden element piezo można zobaczyć zamocowany pod deską tak, że tylko jego złote obramowanie styka się z deską, podczas gdy pozostała część środkowa pozostaje z dala od otworu.

Ta metoda przyklejania zapewnia najskuteczniejsze oddziaływanie wibracyjne na piezo, gdy zostanie uderzony czyimś krokiem.

Zwiększenie siły uderzenia w generator maty piezoelektrycznej

W powyższej sekcji poznaliśmy technikę obracanej deski obciążonej piezosami do wymuszania ruchu typu flip flop w odpowiedzi na kroki, tak aby deska wywierała maksymalny wpływ wibracyjny na piezo.

Proces można jeszcze bardziej usprawnić, dodając magnes na każdym końcu deski, jak pokazano poniżej:

Jak widać, w dolną krawędź deski wbija się żelazny gwóźdź, a magnes umieszcza się na dolnej podstawie równolegle do gwoździa, tak że za każdym razem, gdy deska ma tendencję do przechylania się w wyniku nadepnięcia stopy, magnes bardziej ciągnie krawędź szybko w kierunku nachylonej strony, powodując wzmocnione uderzenie stukowe po odpowiedniej stronie, co z kolei powoduje o równoważną ilość większe naprężenie wibracyjne na odpowiednim zespole piezoelektrycznym, zapewniając wyższą produkcję energii elektrycznej z nich.