В этом посте мы изучаем метод получения бесплатного электричества из встроенного пьезоэлемента, идя по нему, и пытаемся изучить, как эту энергию можно использовать для зарядки небольшой батареи.
Обычно человеческое тело несет в себе огромное количество энергии, которая просто тратится впустую в нашей повседневной работе. Например, энергия в виде тепла от поверхности нашего тела и головы, энергия каждого нашего движения, когда мы сидим и работаем, спим и т. Д.
Однако наибольшее количество энергии, которое просто тратится впустую, приходится на ходьбу. Здесь мы увидим, как наш процесс ходьбы может быть использован для выработки электроэнергии с помощью пьезоустройств. В одной из своих предыдущих статей я разместил аналогичную тему, в которой объяснялось как вырабатывать электричество из обуви с помощью соленоида , здесь мы изучим, как пьезоэлектрическое устройство можно использовать для сбора электричества по нашим следам, хотя эта концепция может быть намного слабее по своим характеристикам и, следовательно, намного неэффективна с точки зрения производительности по сравнению с его соленоидным аналогом.
Прежде чем мы начнем применять пьезоэлемент для нашей схемы генератора свободной энергии, активируемой ступенькой, было бы интересно узнать сколько максимальной мощности может фактически произвести пьезо когда на него оказывается оптимальное давление.
Если проанализировать стандарт 27 мм зуммер пьезо «Мы обнаружили, что при ударе или резком ударе (без повреждений) он может генерировать от 1 до 3 В постоянного тока, что может привести к яркому освещению 5-миллиметрового светодиода. Что ж, это выглядит впечатляюще, однако поразить правильную силу на правильной скорости и в правильном месте - это то, что выглядит трудновыполнимым. Тем не менее, возможно, будет целесообразно заставить эти устройства работать по назначению достаточно хорошо, приложив некоторые запланированные усилия.
Как обсуждалось выше, пьезоэлемент может генерировать до 3 В, но ток (ампер) может быть значительно меньше, примерно от 10 до 20 мА, поэтому для работы с относительно большей нагрузкой, такой как зарядка аккумулятора, этого тока может быть недостаточно, и мы может потребоваться совместная работа большого количества пьезоэлементов для выработки из них большего количества тока.
Как соединить несколько пьезоэлектрических элементов вместе для увеличения тока
Чтобы увеличить ток от цепи генератора пьезомата, становится обязательным соединить их параллельно, поскольку параллельное соединение вызывает добавление тока, а последовательное соединение допускает добавление напряжения.
Для реализации этого каждый пьезоэлектрический элемент должен включать в себя свой отдельный мостовой выпрямитель , как показано на следующем рисунке:
На рисунке показан двухконтактный пьезоэлектрический датчик диаметром 27 мм в основании, область золотого цвета представляет собой металлическую пластину пьезоэлектрического преобразователя, а белый круг представляет собой центральный пьезоматериал, нанесенный на золотую пластину.
Поверх белой части пьезоэлемента мы можем увидеть приклеенную черную изоляционную ленту, которая обеспечивает изолированную опорную платформу для мостового выпрямителя, который состоит из 4 диодов Шоттки BAS86 (показаны красным цветом).
Мост прочно собран на вышеупомянутой поверхности с помощью кусков медных проводов, мы можем видеть два из них, заканчивающиеся от центральных переходов мостового выпрямителя, один припаян к золотой пластине пьезо, а другой припаян к центральному белому пьезо материалу. (будьте осторожны при пайке на белой поверхности, так как она довольно хрупкая, и с нее можно легко снять).
Положительный и отрицательный концы моста оканчиваются красными / черными проводами, и эти провода от каждого блока пьезо / моста необходимо соединить вместе. Это означает, что у нас есть 50 таких пьезосборок, тогда все красные провода от 50 сборок должны быть соединены вместе, а 50 черных проводов соединены вместе.
Эти общие отрицательные / положительные соединения затем могут быть подключены к электролитическому конденсатору более высокой емкости, а затем к клеммам (+) (-) батареи (для зарядки).
Диоды можно дополнительно закрепить, нанеся несколько капель суперклея на каждый из диодов.
Вы также можете выбрать SMD-диоды, чтобы сделать мост чрезвычайно компактным и легким.
На этом мы завершаем сборку пьезомоста, в которой объясняется, как подключить пьезоэлектрические элементы параллельно для умножения выходного тока. Теперь давайте продвинемся вперед и изучим наилучший из возможных методов настройки вышеупомянутой сборки с механизмом, который наиболее эффективно преобразует ступеньки ног в электричество от пьезоэлектрических элементов. .
Механизм генератора электричества Piezo Mat
Как мы узнали из наших более ранних исследований, пьезоэлектрический может не производить электричество эффективно, если по нему не наносят ударов или ударов с какой-либо силой или рывком, а точнее, удар должен быть быстрым, чтобы эти устройства были максимально эффективны.
Это означает, что мягкого нажатия пьезо будет недостаточно для оптимального управления этими устройствами, а это означает, что простое нажатие на пьезоузел ногами не поможет значительно генерировать из них.
Помните, что пьезо отличается от тензодатчика.
Пьезомат должен быть оснащен механизмом, способным превращать даже медленный шаг ноги в мгновенный удар по пьезоэлектрическим элементам .
Поразмыслив, я разработал следующий метод реализации пьезомата, который, надеюсь, сможет обеспечить максимум возможностей устройств. Если у вас есть лучшее решение, вы можете использовать его вместо этого.
На схеме ниже показан механизм, состоящий из деревянной доски, повернутой по центру и покрытой слоем поролона или губки. Всякий раз, когда кто-то переступает порог, планка с глухим стуком наклоняется, вызывая значительную вибрацию всей доски. То же самое повторяется, когда ступенька поднимается из системы.
Пьезо-позиционирование
Расположение пьезоузла можно увидеть на рисунке выше.
Серая область - это основа мата, желтоватая часть обозначает деревянную доску, имеющую центральный стержень, так что она может плавно переворачиваться в обе стороны, когда на нее наступает человек.
Обсуждаемые выше пьезоузлы могут быть закреплены на нижней поверхности планки по направлению к краю для обеспечения максимального воздействия на них. Край планки будет оказывать максимальное воздействие, чем центральная поворотная секция, поэтому рекомендуется переместить пьезоэлектрические элементы как можно ближе к краю доски.
Приклеивание пьезо требует особого ухода
Вы не можете просто приклеить пьезоэлементы прямо на указанную доску, потому что это просто ослабит пьезодвижение, что сделает их неэффективными.
Правильный метод - пробить отверстия меньшего размера и наклеить на них пьезоэлектрические элементы таким образом, чтобы только край пьезоэлементов мог соприкасаться с доской, а их центральная часть висела в щели между отверстиями, как показано ниже.
Как видно из вышеприведенной конструкции, в планке пробиты отверстия, соответствующие количеству пьезоэлектрических элементов, которые необходимо закрепить, один пьезоэлемент можно увидеть закрепленным из-под планки, так что только его золотая граница контактирует с доской, в то время как остальная центральная часть остается в стороне в зазоре отверстия.
Этот метод наклеивания обеспечивает наиболее эффективное вибрационное воздействие на пьезоэлектрический датчик при его ударе чьей-либо ногой.
Увеличение силы шагов на генераторе пьезоматов
В предыдущем разделе мы изучили технику поворотной доски, нагруженной пьезоэлектрическими элементами, для обеспечения движения в ответ на шаги, чтобы планка оказывала максимальное вибрационное воздействие на пьезоэлектрические элементы.
Процесс можно еще больше улучшить, добавив магнит на каждый конец доски, как показано ниже:
Как мы видим, железный гвоздь вставлен в нижний край планки, а магнит помещен в нижнее основание параллельно гвоздю, так что всякий раз, когда планка имеет тенденцию наклоняться из-за шага ногой, магнит тянет край сильнее. быстро по направлению к наклонной стороне, вызывая усиленное «детонационное» воздействие на соответствующую сторону, что, в свою очередь, вызывает на эквивалентную величину большее вибрационное напряжение на соответствующий пьезоузел, обеспечивая более высокую выработку электроэнергии от них.
Предыдущая статья: Электронная схема регулятора скорости двигателя Далее: Как построить простую сушилку для белья в сезон дождей
