Piezoelectric sensors muuntaa mekaanisen energian sähköenergiaksi, mikä tekee siitä hyödyllisen energiantalteenottosovelluksissa. Oikea suunnittelu ja kapasiteetin laskeminen ovat olennaisen tärkeitä tehokkaan suorituskyvyn kannalta. Tässä artikkelissa käsitellään keskeisiä näkökohtia suunniteltaessa pietsosähköisiä energiantalteenottolaitteita ja menetelmiä niiden energiantuotannon arvioimiseksi.

Piezoelectric Energy Harvestersin suunnitteluperiaatteet

Pietsosähköisten energiantalteenottolaitteiden suunnittelussa on kyse sopivien materiaalien valinnasta, geometrian optimoinnista ja mekaanisen yhteensopivuuden varmistamisesta. Yhteiset pietsosähköiset materiaalit sisältävät lyijyzirkonaattititanaatin (PZT) ja polyvinyylideenifluoridin (PVDF). Geometria, kuten kantilointipalkit tai joustavat laastarit, vaikuttavat mekaanisen rasitteen määrään ja näin ollen sähköenergiaan.

Suunnittelun avaintekijöitä ovat resonanssitaajuus, mekaaninen vaimennus ja kuormituskestävyys. Hakkurin resonanssitaajuus ympäristön tärinätaajuuteen nähden maksimoi energiansiirron. Mekaaninen vaimennus on minimoitava tärinän ylläpitämiseksi, kun taas kuormitusvastus vaikuttaa sähkövirtaan.

Energiantalteenottokapasiteetin laskeminen

Energiantalteenottokyky voidaan arvioida seuraavan kaavan mukaisesti:

]Power (P) = (d]2 * Y * ω[2]) / R[]

jossa

  • d[ = pietsosähköinen kerroin
  • Y = Young's modulation of the material
  • ω = tärinän kulmataajuus
  • ]R = kuormankestävyys

Mittaamalla tai arvioimalla näitä parametreja insinöörit voivat ennustaa pietsosähköisen harvesteriin liittyvän energiantuotannon tietyissä olosuhteissa. Suunnittelun säätöjä voidaan tehdä optimoimaan energiankeräys tiettyjä sovelluksia varten.