РАЗВОЈ НА ХИБРИДЕН МУЛТИФИЗИЧКИ СИСТЕМ ЗА СОБИРАЊЕ ЕНЕРГИЈА ОД ВИБРАЦИИ ЗА ИНТЕРНЕТ НА НЕШТАТА

Abstract

Целта на оваа докторска дисертација е развој и анализа на хибриден мултифизички систем за собирање електрична енергија од механички вибрации, составен од еластична конзолна структура интегрирана со пиезоелектричен и електромагнетен претворувач. Овој пристап ги комбинира предностите на двата механизми за конверзија на енергија, со цел зголемување на излезната моќност и проширување на работниот фреквентен опсег заради негова примена во системите за Интернет на нештата (IoT). Динамичкото моделирање и анализа на побудата на системот во различни работни услови се изведени со софтверскиот пакет MATLAB/Simulink. За анализа и оптимизација на физичките процеси на интегрираниот систем е применет COMSOL Multiphysics, базиран на методот на конечни елементи. Експерименталната верификација е реализирана со LabVIEW, кој е користен за аквизиција, обработка и анализа на мерените податоци. Системот е тестиран со побуда на електродинамички актуатор и на реална симулаторска машина со брзини на осцилации V(rms) 7 mm/s ±1 mm/s, амплитуди на осцилации од А(rms) ±50 µm, забрувања од 0.11 g - 0.22 g. Презентирани се резултати засебно за пиезоелектричниот претворувач и за електромагнетниот претворувач, како и за нивната комбинирана работа. Пиезоелектричниот претворувач постигна максимална излезна моќноста од 0.5 mW и 1.6 mW при оптимални оптоварувања од 106 kΩ и 37.7 kΩ, за фреквенции од 7.5 Hz и 52.5 Hz, соодветно. Електромагнетниот претворувач испорача до 1 mW и 5 mW за фреквенција 7.5 Hz и 46 Hz. Хибридниот систем, кој комбинира пиезоелектричен и електромагнетен претворувач, постигна максимална излезна моќноста од 1 mW и 5.1 mW за фреквенции од 7.5 Hz и 46 Hz. Добиените резултати потврдуваат дека предложениот хибриден систем обезбедува повисока ефикасност и поголема издржливост во споредба со поединечни претворувачи, што го прави погоден за напојување на автономни сензорски јазли во IoT апликации и други нискоенергетски електронски системи.