A New Vibration Energy Harvester Using Magnetoelectric Transducer

Yang, Jin; Wen, Yumei; Li, Ping; Dai, Xianzhi; Li, Ming

doi:10.4283/jmag.2011.16.2.150

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“…Several designs of ME energy harvesters have been proposed using an Fe-Ni rich alloy and PZT [13], Terfenol-D and PZT [14] or PMNT [15], and Ni-Mn-Ga and PZT [16] as magnetostrictive and piezoelectric constituents, respectively. Values of the harvested energy range between a few μW and some mW.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Energy harvesting device based on a metallic glass/PVDF magnetoelectric laminated composite

Lasheras

Gutierrez

Reis

et al. 2015

Smart Mater. Struct.

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A flexible, low-cost energy-harvesting device based on the magnetoelectric (ME) effect was designed using Fe 64 Co 17 Si 7 B 12 as amorphous magnetostrictive ribbons and polyvinylidene fluoride (PVDF) as the piezoelectric element. A 3 cm-long sandwich-type laminated composite was fabricated by gluing the ribbons to the PVDF with an epoxy resin. A voltage multiplier circuit was designed to produce enough voltage to charge a battery. The power output and power density obtained were 6.4 μW and 1.5 mW cm −3 , respectively, at optimum load resistance and measured at the magnetomechanical resonance of the laminate. The effect of the length of the ME laminate on power output was also studied: the power output exhibited decays proportionally with the length of the ME laminate. Nevertheless, good performance was obtained for a 0.5 cm-long device working at 337 KHz within the low radio frequency (LRF) range.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Energy harvesting device based on a metallic glass/PVDF magnetoelectric laminated composite

Lasheras

Gutierrez

Reis

et al. 2015

Smart Mater. Struct.

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“…A variety of tuning techniques have been proposed for resonant frequency-tuning systems, including mechanical methods (Wu et al, 2008), electrical methods (Charnegie, 2007;Wu et al, 2006), and external magnetic methods (Aboulfotoh et al, 2013;Zhou et al, 2013). In addition to these resonance-tuning techniques, several other methods have also been proposed to widen the bandwidth of vibration energy harvesters, such as a generator array consisting of small generators with different frequencies (Ferrari et al, 2008;Shahruz, 2006), amplitude limiter setting (Soliman et al, 2008), and nonlinear structures (Marin et al, 2013;Townsend and Shenoi, 2013;Yang et al, 2011). It is worth mentioning that numerous studies have been conducted on a multistable energy harvester system, which drastically widened the bandwidth of the resonance peak of concern, with recent pioneering research by Kim (2013).…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Frequency-tunable electromagnetic energy harvester using magneto-rheological elastomer

Sun

Jung

Seok

2015

Journal of Intelligent Material Systems and Structures

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This article proposes an idea for the development of a novel frequency-tunable electromagnetic energy harvester, which mainly consists of a frequency-tuning system component and an electromagnetic energy-harvesting component. A magneto-rheological elastomer, a kind of smart material, was utilized in the design of the frequency-tuning part using its unique rheological characteristic that its shear modulus can be altered by changing the strength of an external magnetic field. When external excitation is provided to the system, the tip magnet oscillates relative to the coil to produce electricity. The stiffness of the system's equivalent torsional spring composed of magneto-rheological elastomer blocks can be altered by changing the gap distance between two tuning magnets, which results in a shift in the primary natural frequency of the system and significant improvement of energy-harvesting efficiency. This article presents the detailed process for the design, simulation, experiment, and fabrication of the proposed energy harvester. Experiments and numerical simulations were also conducted under band-limited random excitation to support the validity of the present system.

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“…Independente do mecanismo de transdução, uma primeira questão em Energy Harvesting baseada em vibrações mecânicas é que o melhor desempenho de um gerador é usualmente limitado a excitações em sua frequência fundamental de ressonância (YANG et al, 2010;ThTMAN, 2009). Entretanto, se a vibração ambiente aplicada desvia-se ligeiramente da condição de ressonância, a energia de saída é drasticamente reduzida.…”

Section: Acoplamento Modal Na Equação Do Circuito Elétricounclassified

Técnicas de otimização aplicadas em sistemas de conversão de energia

Franco

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Recentemente, o processo de conversão de energia através do uso de materiais piezelétricos tem se destacado. Com o objetivo de obter a melhor performance do dispositivo de conversão de energia, este trabalho apresenta a aplicação e desenvolvimento de técnicas de otimização que, através da otimização de múltiplos parâmetros (multiparâmetros) do sistema, obtenha a maior potência de saída do conversor. A teoria de viga de Euler-Bemouli foi utilizada na modelagem do acoplamento eletromecânico de estruturas tipo viga cantilever parcialmente recobertas com material piezelétrico, com massa concentrada na extremidade livre, e excitadas harmonicamente pela base. O modelo foi, então verificado, através de testes experimentais. Múltiplos parâmetros do sistema foram aj ustados empregando-se diferentes técnicas de otimização: método SQP (do inglês, Sequential Quadratic Program), Algoritmos Genéticos (GA, do inglês Genetic Algorithms), e um método de otimização desenvolvido nesse trabalho nomeado como "B usca Extensiva Modificada"(MES, sigla do inglês Modified Extensive Search) , que se baseia na variação dos parâmetros do sistema (ou das variáveis de projeto) a fim de se encontrar, através de um trabalho modificado de busca, a melhor configuração que otimize a função objetivo analisada. Outro método de otimização implementado no presente trabalho é o método de programação estocástica (ou probabilística), no qual são tratados parâmetros aleatórios do sistema. Uma comparação entre as técnicas de otimjzação foi realizada para as conexões em série e paralelo das camadas piezelétricas e para 5 diferentes faixas de frequência, envolvendo uma variação de 5 a 80Hz. Ademais, uma di scussão sobre os efeitos de incertezas paramétricas na dinâmica do conversor de energia foi realizada utilizando o método de Simulações de Monte Carlo (MCS, sigla do inglês Monte Ca rla Simulations). Os resultados das simulações numéricas revelaram um melhor desempenho apresentado pelo método MES quando comparado com os métodos SQP e GA. Ainda, os resul tados da otimização estocástica reforçaram a importância de se levar em conta incertezas nos parâmetros de projeto do sistema de conversão de energia, uma vez que pequenas variações em alguns parâmetros de proj eto podem causar variações significantes no potência elétrica de saída, o que sugere fortemente que incertezas sejam levadas em conta no projeto de um conversor de energia.

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A New Vibration Energy Harvester Using Magnetoelectric Transducer

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Energy harvesting device based on a metallic glass/PVDF magnetoelectric laminated composite

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