شناسایی خواص مکانیکی ماشین برداشت کننده انرژی پیزوالکتریک

برداشت انرژی شامل ثبت اشکال مختلف انرژی محیطی مانند مکانیکی، حرارتی یا خورشیدی و تبدیل آن به انرژی الکتریکی است. یک منبع مهم دست نخورده انرژی مکانیکی از حرکت وسایل نقلیه در جاده‌ها است. این مقاله در رابطه با توسعه ماشین برداشت انرژی پیزوالکتریک (PEH) و تبدیل انرژی مکانیکی از جاده‌ها به برق و استفاده از یک مدل الکترو مکانیکی برای توصیف آن است. PEH متشکل از یک دسته از عناصر پیزوالکتریک (PZT) است که به صورت موازی متصل شده‌اند. ویژگی‌های الکترومکانیکی آن با قرار دادن بارهای دینامیک با پیک های(peak) اعم از ۱.۱ تا ۱۱ کیلونیوتن و فرکانس‌های متفاوت از ۲.۵ تا ۶۲ هرتز مشخص شدند. ثابت‌های مدل با برازش یک مدل به داده‌های تجربی از طریق کمینه‌سازی خطا تخمین زده شدند. این مدل قادر به تبدیل ورودی بار (N) به خروجی ولتاژ (V) و بالعکس است. کیفیت تناسب آن با استفاده از دامنه و فرکانس‌های مختلف بار با موفقیت در آزمایشگاه مورد آزمایش قرار گرفت. برای یک مقاومت خارجی ۵۰۰ کیلواهم و سینوسی با پیک ۱.۱ و ۱۱ کیلو نیوتن در ۶۶ هرتز، حداکثر خروجی ولتاژ یکی از پشته‌های PZT به ترتیب ۹۵ ولت و ۱۱۹۰ ولت و میانگین توان

Highlights•A pavement piezoelectric (PZT) energy harvester design is proposed.•An electromechanical model of the PZT for low frequencies is introduced.•A methodology for characterizing PZT transducers is clearly described.•The estimated power and voltage from the model matches well with experimental data.•The verified model used in Simulink® provides energy harvesting circuit design tool.AbstractEnergy harvesting consists of capturing untapped ambient energy of various forms, such as mechanical, thermal or solar, and converting it into electrical energy. A significant unexploited source of mechanical energy is from vehicle movement on roadways. This paper presents the development of a piezoelectric energy harvester (PEH) capable of converting mechanical energy from roadways into electricity and uses an electro-mechanical model for characterizing it. The PEH consists of a stack of piezoelectric (PZT) elements connected in parallel. Its electro-mechanical properties were characterized by