Φόρτιση μπαταρίας με κύκλωμα Piezo Mat

Σε αυτήν την ανάρτηση μαθαίνουμε μια μέθοδο συλλογής δωρεάν ηλεκτρικής ενέργειας από ένα ενσωματωμένο χαλί πιέζο περπατώντας σε αυτό και προσπαθούμε να διερευνήσουμε πώς αυτή η ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη φόρτιση μιας μικρής μπαταρίας.

Κανονικά, ένα ανθρώπινο σώμα μεταφέρει μια τεράστια ποσότητα ενέργειας που απλώς σπαταλάται στην καθημερινή μας εργασία. Για παράδειγμα ενέργεια με τη μορφή θερμότητας από το σώμα και την επιφάνεια του κεφαλιού μας, ενέργεια μέσω κάθε κίνησής μας ενώ καθόμαστε και εργαζόμαστε, κοιμόμαστε κ.λπ.

Ωστόσο, η μεγαλύτερη ποσότητα ενέργειας που απλώς σπαταλάται είναι το περπάτημα. Εδώ θα δούμε πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί η διαδικασία περπατήματος για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιώντας συσκευές πιεζο. Σε ένα από τα προηγούμενα άρθρα μου δημοσίευσα ένα παρόμοιο θέμα που εξήγησε πώς να παράγετε ηλεκτρισμό από παπούτσια χρησιμοποιώντας ένα σωληνοειδές , εδώ θα μελετήσουμε πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια πιεζοηλεκτρική ενέργεια για τη συλλογή ηλεκτρικής ενέργειας από τα βήματά μας, αν και αυτή η ιδέα θα μπορούσε να είναι πολύ πιο αδύναμη με τις προδιαγραφές της και επομένως πολύ αναποτελεσματική με την απόδοση σε σύγκριση με την αντίστοιχη ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα.

Πριν αρχίσουμε να εφαρμόζουμε ένα πιεζο για το κύκλωμα ενεργοποιημένης ελεύθερης ενέργειας ενεργοποιημένου ποδιού, θα ήταν ενδιαφέρον να γνωρίζουμε πόση μέγιστη ισχύ μπορεί πραγματικά να παράγει ένα πιεζο όταν επιτυγχάνεται μια βελτιστοποιημένη πίεση.

Αν αναλύσουμε ένα πρότυπο Piezo βομβητή 27mm , διαπιστώνουμε ότι όταν χτυπηθεί ή χτυπηθεί απότομα (χωρίς ζημιά), μπορεί να παράγει περίπου 1 έως 3V DC, το οποίο μπορεί να είναι ικανό να φωτίζει φωτεινά ένα LED 5 mm. Λοιπόν που φαίνεται εντυπωσιακό, αλλά χτυπάει το σωστό είδος δύναμης με τη σωστή ταχύτητα και πάνω από το σωστό σημείο είναι κάτι που φαίνεται δύσκολο να εκτελεστεί. Ωστόσο, μπορεί να είναι εφικτό να λειτουργούν αυτές οι συσκευές για τον επιδιωκόμενο σκοπό αρκετά καλά, με κάποια προγραμματισμένη προσπάθεια.

Όπως συζητήθηκε παραπάνω, ένα πιεζο στοιχείο μπορεί να είναι ικανό να παράγει έως και 3V, αλλά το ρεύμα (ενισχυτής) μπορεί να είναι αρκετά λιγότερο σε περίπου 10 έως 20mA, επομένως για τη λειτουργία ενός σχετικά μεγαλύτερου φορτίου, όπως η φόρτιση μιας μπαταρίας, αυτό το ρεύμα μπορεί να μην είναι αρκετό και εμείς μπορεί να απαιτούν πολλούς αριθμούς πιεζοηλεκτρικών στοιχείων για να συνεργαστούν για να παράγουν μεγαλύτερη ποσότητα ρεύματος από αυτά.

Πώς να συνδέσετε πολλά πιζόνια μαζί για να αυξήσετε το ρεύμα

Προκειμένου να αυξηθεί η ποσότητα ρεύματος από ένα κύκλωμα γεννήτριας πιεζοηλεκτρικού στρώματος, καθίσταται επιτακτική ανάγκη να συνδεθούν μαζί τους παράλληλα, καθώς η παράλληλη σύνδεση προκαλεί προσθήκη ρεύματος ενώ η σύνδεση σειράς επιτρέπει προσθήκη τάσης.

Για να το εφαρμόσετε αυτό, κάθε πιεζο πρέπει να περιλαμβάνει το δικό του ξεχωριστό μονάδα ανορθωτή γεφυρών , όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:

Η εικόνα δείχνει ένα πιεζοειδές πιεζο 27 mm στη βάση, η χρυσή περιοχή αντιπροσωπεύει τη μεταλλική πλάκα του πιεζο, ενώ ο λευκός κύκλος αντιπροσωπεύει το κεντρικό πιεζοϋλικό υλικό που βρίσκεται στη χρυσή πλάκα.

Πάνω από το λευκό τμήμα της πιέζας μπορούμε να δούμε μια μαύρη μονωτική ταινία κολλημένη για να παρέχει μια μονωμένη πλατφόρμα ανάπαυσης για τον ανορθωτή γέφυρας που αποτελείται από 4 x BAS86 Schottky διόδους (εμφανίζεται κόκκινο χρώμα).

Η γέφυρα συναρμολογείται σταθερά στην προαναφερθείσα επιφάνεια με κομμάτια από χαλκό σύρματα, μπορούμε να δούμε δύο από αυτά να τερματίζονται από τις κεντρικές διασταυρώσεις του ανορθωτή γέφυρας, το ένα συγκολλημένο σε χρυσή πλάκα του πιεζο, ενώ το άλλο συγκολλημένο στο κεντρικό λευκό πιεζο υλικό (να είστε προσεκτικοί κατά τη συγκόλληση στη λευκή επιφάνεια καθώς είναι αρκετά ευαίσθητος και μπορεί εύκολα να αφαιρεθεί).

Τα θετικά και τα αρνητικά άκρα της γέφυρας τερματίζονται χρησιμοποιώντας κόκκινα / μαύρα καλώδια, και αυτά τα καλώδια από κάθε ένα από το συγκρότημα πιεζο / γέφυρας πρέπει να συνδεθούν μεταξύ τους. Σημαίνει ας υποθέσουμε ότι έχουμε 50 τέτοιες πιεζοσυναρμολογήσεις, τότε όλα τα κόκκινα καλώδια από τα 50 συγκροτήματα θα πρέπει να ενώνονται μαζί και τα 50 μαύρα καλώδια να ενώνονται.

Αυτές οι κοινές αρνητικές / θετικές αρθρώσεις μπορούν στη συνέχεια να συνδεθούν σε έναν ηλεκτρολυτικό πυκνωτή υψηλότερης τιμής., Και περαιτέρω στους ακροδέκτες μπαταρίας (+) (-) (για φόρτιση).

Οι δίοδοι μπορούν επιπλέον να ασφαλιστούν εφαρμόζοντας μερικές σταγόνες σούπερ κόλλα σε κάθε μία από τις διόδους.

Μπορείτε επίσης να επιλέξετε διόδους SMD για να κάνετε τη γέφυρα εξαιρετικά συμπαγή και ελαφριά.

Αυτό ολοκληρώνει το συγκρότημα της γέφυρας πιεζο που εξηγεί πώς να συνδέσετε παράλληλα τις πίτες για τον πολλαπλασιασμό της τρέχουσας εξόδου, τώρα ας προχωρήσουμε και μάθετε την καλύτερη δυνατή μέθοδο διαμόρφωσης της παραπάνω διάταξης με έναν μηχανισμό που θα μπορούσε να μετατρέψει αποτελεσματικότερα τα βήματα των ποδιών σε ηλεκτρική ενέργεια από τις πίτες .

Μηχανισμός γεννήτριας ηλεκτρικού ρεύματος Piezo Mat

Όπως μάθαμε από τις προηγούμενες μελέτες μας, ένα πιεζο μπορεί να μην παράγει ηλεκτρισμό αποτελεσματικά, εκτός εάν χτυπηθεί ή χτυπηθεί με κάποιο είδος δύναμης ή τραυματισμού, για να είμαστε ακριβείς, το χτύπημα πρέπει να είναι γρήγορο, προκειμένου να παράγει το μέγιστο από αυτές τις συσκευές.

Αυτό σημαίνει ότι το μαλακό πάτημα ενός πιέζου δεν θα είναι αρκετό για να οδηγήσει αυτές τις συσκευές με το βέλτιστο νόημα, απλά πατώντας το συγκρότημα πιεζο με τα πόδια σας δεν θα σας βοηθήσει να δημιουργήσετε σημαντικά από αυτές.

Θυμηθείτε ότι το piezo είναι διαφορετικό από ένα κελί φόρτωσης.

Το χαλί piezo πρέπει να είναι εξοπλισμένο με έναν μηχανισμό που πρέπει να είναι ικανός να μετατρέψει ακόμη και ένα βήμα αργού ποδιού σε α γρήγορη απεργία πάνω από τις πίτες .

Μετά από κάποια σκέψη, επινόησα την ακόλουθη μέθοδο για την εφαρμογή ενός πιεζοεπιπέδου που θα ήταν ελπιδοφόρα ικανό να επιτύχει το μέγιστο από τις συσκευές. Εάν έχετε μια καλύτερη λύση, μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε αντί για αυτό.

Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει τον μηχανισμό που αποτελείται από μια ξύλινη σανίδα που περιστρέφεται στο κέντρο και καλύπτεται με ένα στρώμα αφρού ή σφουγγαριού. Κάθε φορά που κάποιος σκαρφαλώνει πάνω στον αφρό, η σανίδα γέρνει με ένα «thud» προκαλώντας σημαντική δόνηση σε ολόκληρη τη σανίδα. Το ίδιο επαναλαμβάνεται όταν ανυψωθεί το βήμα του ποδιού από το σύστημα.

Θέση Piezo

Η πιεζοσυναρμολογημένη θέση συναρμολογείται στο παραπάνω σχήμα.

Η γκρίζα περιοχή είναι η βάση Mat, το κιτρινωπό τμήμα δηλώνει την ξύλινη σανίδα που έχει μια κεντρική κεντρική ράβδο έτσι ώστε να μπορεί ομαλά να αναστρέφει και τις δύο πλευρές όποτε ένα άτομο πατάει πάνω του.

Τα πιεζοσυναρμολογούμενα συγκροτήματα που συζητήθηκαν παραπάνω μπορούν να στερεωθούν στην κάτω επιφάνεια της σανίδας προς την άκρη για μέγιστη πρόσκρουση σε αυτά. Το άκρο της σανίδας θα παράγει τη μέγιστη πρόσκρουση από το κεντρικό κεντρικό τμήμα, επομένως είναι σκόπιμο να μετακινήσετε τις πίτες όσο το δυνατόν πιο κοντά στην άκρη της σανίδας.

Το να κολλήσετε τις πίτες θα απαιτήσει ειδική φροντίδα

Δεν μπορείτε απλώς να κολλήσετε τις πίτες κατευθείαν στην υποδεικνυόμενη σανίδα, διότι κάτι τέτοιο απλώς θα επιβραδύνει την κίνηση πιεζο, καθιστώντας τα αρκετά αναποτελεσματικά.

Η σωστή μέθοδος θα ήταν να τρυπήσετε τρύπες με μικρό μέγεθος και να κολλήσετε τις πιέζες μεταξύ τους έτσι ώστε μόνο το χείλος των πιεζών να είναι σε θέση να έρθει σε επαφή με τη σανίδα ενώ το κεντρικό τμήμα τους κρέμεται στο κενό των οπών, όπως φαίνεται παρακάτω

Όπως φαίνεται στο παραπάνω σχέδιο, η σανίδα είναι τρυπημένη με τρύπες που αντιστοιχούν στον αριθμό των πιεζών που πρέπει να κολλήσουν, ένα πιεζό μπορεί να δει σταθερό από κάτω από τη σανίδα έτσι ώστε μόνο το χρυσό περίγραμμα του να έρχεται σε επαφή με τη σανίδα ενώ το Το υπόλοιπο κεντρικό τμήμα παραμένει απολύτως εντός του κενού της τρύπας.

Αυτή η μέθοδος κολλήματος εξασφαλίζει τον πιο αποτελεσματικό κραδασμικό αντίκτυπο στις πίτες όποτε χτυπάει με το βήμα κάποιου.

Ενίσχυση της Δύναμης Βημάτων στη γεννήτρια πιεζοηλεκτρικών

Στην παραπάνω ενότητα μάθαμε την τεχνική μιας περιστρεφόμενης σανίδας φορτωμένης με τις πιέζες για την επιβολή ενός τύπου flip flop κίνησης σε απόκριση των βημάτων, έτσι ώστε η σανίδα να προκαλεί μέγιστη δόνηση στις πιέζες.

Η διαδικασία θα μπορούσε να βελτιωθεί ακόμη περισσότερο με την προσθήκη ενός μαγνήτη σε κάθε άκρο της σανίδας, όπως φαίνεται παρακάτω:

Όπως μπορούμε να δούμε, ένα σίδερο καρφί εισάγεται στην κάτω άκρη της σανίδας και ένας μαγνήτης τοποθετείται στην κάτω βάση παράλληλα με το νύχι, έτσι ώστε κάθε φορά που η σανίδα τείνει να γείρει λόγω ενός ποδιού, ο μαγνήτης τραβάει την άκρη περισσότερο γρήγορα προς την κεκλιμένη πλευρά προκαλώντας αυξημένη πρόσκρουση «χτυπήματος» στη σχετική πλευρά, η οποία με τη σειρά της προκαλεί ισοδύναμη ποσότητα περισσότερης δόνησης στην αντίστοιχη διάταξη πιεζο, εξασφαλίζοντας υψηλότερη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από αυτές.