Sạc pin bằng mạch Piezo Mat

Trong bài đăng này, chúng ta tìm hiểu một phương pháp để thu điện miễn phí từ một tấm thảm nhúng piezo bằng cách đi bộ trên nó và cố gắng tìm hiểu xem năng lượng này có thể được sử dụng như thế nào để sạc một cục pin nhỏ.

Bình thường, cơ thể con người mang một lượng năng lượng khổng lồ mà chúng ta chỉ đơn giản là bị lãng phí trong công việc hàng ngày. Ví dụ năng lượng dưới dạng nhiệt từ cơ thể và bề mặt đầu của chúng ta, năng lượng thông qua mọi chuyển động của chúng ta khi chúng ta ngồi và làm việc, ngủ, v.v.

Tuy nhiên, lượng năng lượng lớn nhất bị lãng phí chỉ đơn giản là khi đi bộ. Ở đây chúng ta sẽ xem quá trình đi bộ của chúng ta có thể được sử dụng như thế nào để tạo ra điện bằng thiết bị piezo.Trong một bài viết trước đây của tôi, tôi đã đăng một chủ đề tương tự để giải thích cách tạo ra điện từ giày bằng điện từ , ở đây chúng ta sẽ nghiên cứu cách một piezo có thể được sử dụng để thu điện từ bước chân của chúng ta, mặc dù khái niệm này có thể yếu hơn nhiều về thông số kỹ thuật và do đó kém hiệu quả hơn nhiều so với đối tác điện từ của nó.

Trước khi chúng tôi bắt đầu áp dụng piezo cho bước chân của chúng tôi đã kích hoạt mạch tạo năng lượng miễn phí, sẽ rất thú vị khi biết công suất cực đại mà một piezo thực sự có thể tạo ra là bao nhiêu khi một lượng áp suất tối ưu được tác động lên nó.

Nếu chúng ta phân tích một tiêu chuẩn 27mm buzzer piezo Chúng tôi nhận thấy rằng khi nó bị va đập hoặc va đập mạnh (mà không gây hư hại), nó có thể tạo ra khoảng 1 đến 3V DC, có thể có khả năng chiếu sáng một đèn LED 5mm sáng. Điều đó có vẻ ấn tượng tuy nhiên việc tấn công đúng loại lực ở tốc độ phù hợp và đúng chỗ là một điều có vẻ khó thực hiện. Tuy nhiên, có thể khả thi để làm cho các thiết bị này hoạt động theo mục đích đã định một cách hợp lý, với một số nỗ lực có kế hoạch.

AS đã thảo luận ở trên, một phần tử piezo có thể có khả năng tạo ra tối đa 3V, nhưng dòng điện (amp) có thể khá ít hơn vào khoảng 10 đến 20mA, do đó, để vận hành một tải tương đối lớn hơn như sạc pin, dòng điện này có thể không đủ và chúng tôi có thể yêu cầu nhiều phần tử piezo hoạt động cùng nhau để tạo ra một lượng dòng điện cao hơn từ chúng.

Cách kết nối nhiều piezos với nhau để tăng dòng điện

Để tăng lượng dòng điện từ mạch máy phát hình piezo, bắt buộc phải nối chúng song song, vì kết nối song song gây ra cộng dòng trong khi kết nối nối tiếp cho phép bổ sung điện áp.

Để thực hiện điều này, mỗi piezo phải bao gồm bộ chỉnh lưu cầu , như thể hiện trong hình sau:

Hình ảnh cho thấy một piezo 27mm hai đầu cuối ở đáy, khu vực màu vàng thể hiện tấm kim loại của piezo trong khi vòng tròn màu trắng đại diện cho vật liệu piezo trung tâm được đặt trên tấm vàng.

Trên phần màu trắng của piezo, chúng ta có thể thấy một băng cách điện màu đen được dán để cung cấp bệ tựa cách điện cho bộ chỉnh lưu cầu được tạo thành từ 4 x điốt Schottky BAS86 (màu đỏ được hiển thị).

Cây cầu được lắp ráp chắc chắn trên bề mặt được đề cập ở trên bằng các đoạn dây đồng, chúng ta có thể thấy hai trong số chúng kết thúc từ các điểm nối trung tâm của bộ chỉnh lưu cầu, một được hàn trên tấm vàng của piezo trong khi chiếc còn lại được hàn trên vật liệu piezo trắng ở giữa. (hãy cẩn thận khi hàn trên bề mặt trắng vì nó khá mỏng và có thể dễ bị bong ra).

Các đầu cực dương và cực âm của cây cầu được kết nối bằng dây màu đỏ / đen và các dây này từ mỗi cụm piezo / cầu cần được kết nối với nhau. Có nghĩa là giả sử chúng ta có 50 cụm piezo như vậy, thì tất cả các dây màu đỏ từ 50 cụm phải được nối với nhau, và 50 dây màu đen được nối với nhau.

Sau đó, các mối nối âm / dương chung này có thể được kết nối với tụ điện có giá trị cao hơn, và xa hơn nữa với các cực (+) (-) của pin (để sạc).

Các điốt có thể được bảo vệ thêm bằng cách bôi một vài giọt keo siêu dính lên mỗi điốt.

Bạn cũng có thể lựa chọn điốt SMD để làm cho cây cầu cực kỳ nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ.

Phần này kết thúc cụm cầu piezo giải thích cách kết nối song song các piezo để nhân đầu ra dòng điện, bây giờ chúng ta hãy tiếp tục và tìm hiểu phương pháp tốt nhất có thể để cấu hình cụm cầu trên với một cơ chế sẽ chuyển đổi hiệu quả nhất các bước chân thành điện từ các piezos .

Cơ chế máy phát điện Piezo Mat

Như chúng ta đã học qua các nghiên cứu trước đây của mình, một piezo có thể không tạo ra điện hiệu quả trừ khi nó bị va chạm hoặc bị va đập với một số loại lực hoặc độ giật, nói chính xác là cú đánh phải nhanh nhạy, để tạo ra tối đa từ các thiết bị này.

Điều đó có nghĩa là việc nhấn nhẹ piezo sẽ không đủ để điều khiển các thiết bị này một cách tối ưu, nghĩa là chỉ bằng cách nhấn vào cụm piezo bằng chân của bạn sẽ không giúp tạo ra đáng kể từ chúng.

Hãy nhớ piezo khác với cảm biến lực.

Tấm lót piezo phải được trang bị một cơ chế phải có khả năng chuyển đổi ngay cả một bước chân chậm thành một bước cuộc tấn công nhanh chóng trên bánh .

Sau một số suy nghĩ, tôi đã nghĩ ra phương pháp triển khai tấm lót piezo sau đây, hy vọng có thể đạt được mức tối đa từ các thiết bị. Nếu bạn có một giải pháp tốt hơn, bạn có thể thoải mái sử dụng nó thay vì giải pháp này.

Sơ đồ dưới đây cho thấy cơ chế bao gồm một tấm ván gỗ xoay ở trung tâm và được bao phủ bởi một lớp xốp hoặc bọt biển. Bất cứ khi nào ai đó bước qua bọt, tấm ván sẽ nghiêng với một tiếng 'thịch' gây ra một lực rung đáng kể trên toàn bộ tấm ván. Tương tự lặp lại khi bước chân được nâng lên khỏi hệ thống.

Định vị Piezo

Việc định vị cụm piezo có thể được chứng kiến ​​trong hình trên.

Khu vực màu xám là đế Mat, phần màu vàng biểu thị tấm ván gỗ có một thanh trụ ở giữa để nó có thể lật qua hai bên một cách trơn tru mỗi khi có người bước lên.

Các cụm piezo được thảo luận ở trên có thể được cố định ở bề mặt dưới của tấm ván về phía mép để có thể tác động tối đa lên chúng. Phần rìa của tấm ván sẽ tạo ra tác động tối đa so với phần trục chính giữa, do đó, bạn nên di chuyển các hình tròn càng gần mép tấm ván càng tốt.

Gắn bó với Piezos sẽ cần được chăm sóc đặc biệt

Bạn không thể chỉ đơn giản là dán các bánh tròn trực tiếp lên tấm ván được chỉ định, bởi vì làm như vậy sẽ chỉ làm giảm chuyển động của bánh răng khiến chúng khá kém hiệu quả.

Phương pháp phù hợp sẽ là đục những lỗ có kích thước nhỏ hơn và dán các miếng bánh qua chúng sao cho chỉ có phần viền của miếng bánh có thể tiếp xúc với tấm ván trong khi phần trung tâm của chúng treo trong khoảng trống của các lỗ, như hình dưới đây

Như có thể thấy trong thiết kế trên, tấm ván được đục các lỗ tương ứng với số bánh cần được mắc kẹt, một bánh răng có thể được cố định từ dưới tấm ván sao cho chỉ có đường viền vàng của nó tiếp xúc với tấm ván trong khi phần trung tâm còn lại vẫn tách biệt trong khoảng cách lỗ.

Phương pháp bám này đảm bảo tác động dao động hiệu quả nhất lên bánh răng bất cứ khi nào nó va chạm với bước chân của ai đó.

Tăng cường lực bước chân trên bộ tạo thảm piezo

Trong phần trên, chúng ta đã tìm hiểu kỹ thuật của một tấm ván xoay được tải với các bánh răng cưa để thực hiện một loại chuyển động của flip flop phản ứng với bước chân, sao cho tấm ván này gây ra tác động rung tối đa lên các bánh răng.

Quá trình này có thể được nâng cao hơn nữa bằng cách thêm một nam châm vào mỗi đầu của tấm ván, như hình dưới đây:

Như chúng ta thấy, một chiếc đinh sắt được cắm ở mép dưới của tấm ván và một nam châm đặt ở đáy dưới song song với chiếc đinh, sao cho bất cứ khi nào tấm ván có xu hướng nghiêng do bước chân, nam châm sẽ kéo mép hơn. nhanh chóng về phía nghiêng gây ra tác động 'gõ' tăng cường lên mặt có liên quan, do đó gây ra một lượng tương đương ứng suất dao động lớn hơn trên cụm piezo tương ứng, đảm bảo phát điện cao hơn từ chúng.