ในโพสต์นี้เราได้เรียนรู้วิธีการเก็บเกี่ยวพลังงานไฟฟ้าฟรีจากแผ่นรองที่ฝังแบบเพียโซโดยการเดินบนนั้นและพยายามตรวจสอบว่าพลังงานนี้สามารถใช้ในการชาร์จแบตเตอรี่ขนาดเล็กได้อย่างไร
โดยปกติร่างกายของมนุษย์มีพลังงานจำนวนมากซึ่งจะสูญเปล่าไปกับการทำงานประจำวันต่อวัน ตัวอย่างเช่นพลังงานในรูปของความร้อนจากร่างกายและพื้นผิวศีรษะพลังงานผ่านทุกการเคลื่อนไหวของเราขณะนั่งทำงานนอนหลับเป็นต้น
อย่างไรก็ตามพลังงานจำนวนมากที่สุดที่เสียไปก็คือขณะเดินที่นี่เราจะดูว่ากระบวนการเดินของเราสามารถใช้เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าโดยใช้อุปกรณ์เพียโซได้อย่างไรในบทความก่อนหน้านี้ฉันได้โพสต์หัวข้อที่คล้ายกันซึ่งอธิบาย วิธีผลิตไฟฟ้าจากรองเท้าโดยใช้โซลินอยด์ ต่อไปนี้เราจะศึกษาวิธีการใช้เพียโซในการเก็บเกี่ยวกระแสไฟฟ้าจากฝีเท้าของเราแม้ว่าแนวคิดนี้อาจจะอ่อนกว่าด้วยสเปคของมันมากและดังนั้นจึงไม่มีประสิทธิภาพมากนักเมื่อเทียบกับโซลินอยด์คู่ของมัน
ก่อนที่เราจะเริ่มใช้เพียโซสำหรับวงจรกำเนิดพลังงานอิสระที่เปิดใช้งานขั้นตอนเท้าของเรามันน่าสนใจที่จะรู้ Piezo สามารถสร้างพลังงานสูงสุดได้เท่าใด เมื่อเกิดแรงดันที่เหมาะสมที่สุด
ถ้าเราวิเคราะห์มาตรฐาน Piezo กริ่ง 27 มม เราพบว่าเมื่อถูกกระแทกหรือกระแทกอย่างแรง (โดยไม่สร้างความเสียหาย) มันสามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้ประมาณ 1 ถึง 3V DC ซึ่งอาจทำให้ไฟ LED ขนาด 5 มม. สว่างขึ้นได้ นั่นดูน่าประทับใจ แต่การโจมตีประเภทของแรงที่เหมาะสมด้วยความเร็วที่เหมาะสมและในจุดที่ถูกต้องเป็นสิ่งที่ยากที่จะดำเนินการ ถึงกระนั้นก็อาจเป็นไปได้ที่จะทำให้อุปกรณ์เหล่านี้ทำงานตามวัตถุประสงค์ที่ตั้งใจไว้ได้ดีพอสมควรด้วยความพยายามที่วางแผนไว้
ตามที่กล่าวไว้ข้างต้นองค์ประกอบ piezo อาจสร้างได้ไม่เกิน 3V แต่กระแส (แอมป์) อาจน้อยกว่าที่ประมาณ 10 ถึง 20mA ดังนั้นสำหรับการใช้งานโหลดที่ค่อนข้างใหญ่กว่าเช่นการชาร์จแบตเตอรี่กระแสไฟฟ้านี้อาจไม่เพียงพอและเรา อาจต้องใช้องค์ประกอบเพียโซจำนวนมากในการทำงานร่วมกันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าจากองค์ประกอบเหล่านี้ในปริมาณที่สูงขึ้น
วิธีเชื่อมต่อ Piezos หลายตัวเข้าด้วยกันเพื่อเพิ่มกระแส
ในการเพิ่มปริมาณกระแสจากวงจรเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบ piezo mat จึงมีความจำเป็นที่จะต้องเชื่อมต่อแบบขนานเนื่องจากการเชื่อมต่อแบบขนานทำให้เกิดการเพิ่มกระแสในขณะที่การเชื่อมต่อแบบอนุกรมช่วยให้สามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้าได้
ในการดำเนินการนี้แต่ละ piezo จะต้องรวมแยกต่างหาก หน่วยเรียงกระแสสะพาน ดังแสดงในรูปต่อไปนี้:
ภาพแสดงเพียโซสองขั้ว 27 มม. ที่ฐานพื้นที่สีทองหมายถึงแผ่นโลหะของเพียโซในขณะที่วงกลมสีขาวแสดงถึงวัสดุเพียโซกลางที่วางบนแผ่นสีทอง
เหนือส่วนสีขาวของเพียโซเราจะเห็นเทปฉนวนสีดำติดอยู่เพื่อเป็นฐานวางฉนวนสำหรับวงจรเรียงกระแสสะพานซึ่งประกอบด้วย 4 x BAS86 Schottky diodes (แสดงเป็นสีแดง)
สะพานถูกประกอบอย่างแน่นหนาบนพื้นผิวที่กล่าวถึงข้างต้นด้วยชิ้นส่วนของสายทองแดงเราสามารถเห็นสองอันที่สิ้นสุดจากทางแยกตรงกลางของวงจรเรียงกระแสของสะพานโดยหนึ่งบัดกรีบนแผ่นสีทองของเพียโซในขณะที่อีกอันบัดกรีบนวัสดุเพีโซสีขาวกลาง (ระวังขณะบัดกรีบนพื้นผิวสีขาวเนื่องจากค่อนข้างบอบบางและอาจหลุดลอกได้ง่าย)
ปลายขั้วบวกและขั้วลบของสะพานจะถูกยกเลิกโดยใช้สายสีแดง / ดำและสายไฟเหล่านี้จากชุดประกอบเพียโซ / สะพานแต่ละชิ้นจำเป็นต้องเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน ความหมายสมมติว่าเรามีชุดประกอบ piezo 50 ชุดจากนั้นสายสีแดงทั้งหมดจากชุดประกอบ 50 ชุดควรต่อเข้าด้วยกันและสายสีดำ 50 เส้นต่อเข้าด้วยกัน
ข้อต่อลบ / บวกทั่วไปเหล่านี้อาจเชื่อมต่อกับตัวเก็บประจุไฟฟ้าที่มีค่าสูงกว่าและต่อไปยังขั้วแบตเตอรี่ (+) (-) (สำหรับการชาร์จ)
ไดโอดอาจได้รับการรักษาความปลอดภัยเพิ่มเติมโดยใช้ซูเปอร์กาวสองสามหยดบนไดโอดแต่ละตัว
คุณยังสามารถเลือกใช้ไดโอด SMD เพื่อทำให้สะพานมีขนาดกะทัดรัดและน้ำหนักเบามาก
นี่เป็นการสรุปการประกอบสะพาน piezo ซึ่งอธิบายถึงวิธีการเชื่อมต่อ piezos แบบขนานสำหรับการคูณเอาท์พุทปัจจุบันไปข้างหน้าและเรียนรู้วิธีการที่ดีที่สุดในการกำหนดค่าชุดประกอบข้างต้นด้วยกลไกที่จะแปลงขั้นตอนการเดินเท้าเป็นไฟฟ้าจาก piezos ได้อย่างมีประสิทธิภาพที่สุด .
กลไกเครื่องกำเนิดไฟฟ้า Piezo Mat
ดังที่เราได้เรียนรู้จากการศึกษาก่อนหน้านี้ piezo อาจไม่ผลิตกระแสไฟฟ้า ได้อย่างมีประสิทธิภาพเว้นแต่จะถูกกระแทกหรือกระแทกด้วยแรงหรือกระตุกบางอย่างเพื่อให้แม่นยำการตีควรจะเร็วเพื่อให้ได้ผลสูงสุดจากอุปกรณ์เหล่านี้
นั่นหมายความว่าการกดเบา ๆ ของเพียโซจะไม่เพียงพอที่จะขับเคลื่อนอุปกรณ์เหล่านี้ให้มีความหมายอย่างเหมาะสมที่สุดเพียงแค่กดชุดเพีโซด้วยเท้าของคุณจะไม่ช่วยในการสร้างจากอุปกรณ์เหล่านี้อย่างมีนัยสำคัญ
โปรดจำไว้ว่า piezo แตกต่างจากโหลดเซลล์
เสื่อเพียโซควรมีกลไกที่ต้องสามารถแปลงได้แม้กระทั่งการก้าวเท้าที่ช้าให้เป็น ตีเร็วกว่าเพียโซ .
ด้วยความคิดบางอย่างฉันได้คิดค้นวิธีการต่อไปนี้ในการใช้แผ่นรองพายโซซึ่งหวังว่าจะสามารถบรรลุผลสูงสุดจากอุปกรณ์ต่างๆ หากคุณมีทางออกที่ดีกว่าคุณสามารถใช้แทนวิธีนี้ได้
แผนภาพด้านล่างแสดงกลไกที่ประกอบด้วยแผ่นไม้ที่หมุนอยู่ตรงกลางและปิดทับด้วยชั้นโฟมหรือฟองน้ำ เมื่อใดก็ตามที่มีคนก้าวข้ามโฟมไม้กระดานจะเอียงพร้อมกับเสียง 'ตุ๊บ' ซึ่งทำให้เกิดการสั่นสะเทือนจำนวนมากบนไม้กระดานทั้งหมด การทำซ้ำแบบเดียวกันเมื่อก้าวเท้าถูกยกขึ้นจากระบบ
ตำแหน่ง Piezo
การวางตำแหน่งการประกอบเพียโซสามารถเห็นได้ในรูปด้านบน
พื้นที่สีเทาคือฐานเสื่อส่วนสีเหลืองหมายถึงแผ่นไม้ที่มีแกนกลางเพื่อให้สามารถพลิกพลิกข้ามทั้งสองด้านได้อย่างราบรื่นเมื่อใดก็ตามที่มีคนเหยียบ
ชุดประกอบ piezo ที่กล่าวถึงข้างต้นสามารถยึดได้ที่พื้นผิวด้านล่างของไม้กระดานไปทางขอบเพื่อให้ได้รับผลกระทบสูงสุด ขอบของไม้กระดานจะให้ผลกระทบสูงสุดมากกว่าส่วนแกนกลางดังนั้นจึงแนะนำให้เลื่อนเพียโซให้ใกล้ขอบของไม้กระดานมากที่สุด
การติด Piezos จะต้องได้รับการดูแลเป็นพิเศษ
คุณไม่สามารถติดเพียโซลงบนไม้กระดานที่ระบุได้โดยตรงเพราะการทำเช่นนั้นจะทำให้การเคลื่อนไหวของเพียโซลดลงทำให้ไม่มีประสิทธิภาพ
วิธีที่เหมาะสมคือการเจาะรูที่มีขนาดเล็กและติดเพียโซข้ามพวกเขาเพื่อให้มีเพียงขอบของเพียโซเท่านั้นที่สามารถสัมผัสกับไม้กระดานได้ในขณะที่ส่วนตรงกลางของพวกมันแขวนอยู่ในช่องว่างของรูดังที่แสดงด้านล่าง
ดังที่เห็นได้จากการออกแบบข้างต้นไม้กระดานถูกเจาะด้วยรูที่ตรงกับจำนวนของเพียโซที่ต้องติดอยู่สามารถมองเห็นเพียโซหนึ่งชิ้นได้จากใต้ไม้กระดานซึ่งมีเพียงขอบสีทองเท่านั้นที่สัมผัสกับไม้กระดานในขณะที่ ส่วนส่วนกลางที่เหลืออยู่ห่างจากช่องว่างของรู
วิธีการเกาะติดนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าจะได้รับผลกระทบจากการสั่นสะเทือนที่มีประสิทธิภาพสูงสุดกับเพียโซเมื่อใดก็ตามที่กระทบกับฝีเท้าของใครบางคน
การเสริมสร้าง Footstep Force บนเครื่องสร้างแผ่นรอง Piezo
ในส่วนข้างต้นเราได้เรียนรู้เทคนิคของไม้กระดานหมุนที่เต็มไปด้วยเพียโซเพื่อบังคับใช้การเคลื่อนที่แบบฟลิปฟล็อปเพื่อตอบสนองต่อการเดินเท้าเพื่อให้ไม้กระดานทำให้เกิดผลกระทบต่อการสั่นสะเทือนสูงสุดต่อเพียโซ
กระบวนการนี้สามารถปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้นได้โดยการเพิ่มแม่เหล็กที่ปลายแต่ละด้านของไม้กระดานดังที่แสดงด้านล่าง:
อย่างที่เราเห็นคือตะปูเหล็กเสียบที่ขอบล่างของไม้กระดานและแม่เหล็กวางไว้ที่ฐานด้านล่างขนานกับตะปูดังนั้นเมื่อใดก็ตามที่ไม้กระดานเอียงเนื่องจากการก้าวเท้าแม่เหล็กจะดึงขอบมากขึ้น ไปทางด้านที่เอียงอย่างรวดเร็วทำให้เกิดผลกระทบ 'การเคาะ' ที่เพิ่มขึ้นในด้านที่เกี่ยวข้องซึ่งจะทำให้เกิดความเค้นในการสั่นสะเทือนที่มากขึ้นในจำนวนที่เท่ากันในการประกอบเพียโซตามลำดับทำให้มั่นใจได้ว่าจะมีการผลิตกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้น
คู่ของ: วงจรควบคุมความเร็วเครื่องยนต์อิเล็กทรอนิกส์ ถัดไป: วิธีสร้างเครื่องเป่าผ้าแบบง่ายสำหรับฤดูฝน
