Vibration energy harvesting is an attractive technique for potential powering of low power devices such as wireless sensors and portable electronic applications. Most energy generator developed to date are single vibration frequency based, and while some efforts have been made to broaden the frequency range of energy harvester. In this work, The effect of energy harvesting were investigated at various vibration frequencies, vibration beams, vibration point and test masses. The maximum output voltage of the bimorph piezoelectric cantilever was shifted according to vibration point. Vibration frequency with maximum output voltage decreased with the increasing length of vibration beam and increasing test mass. The sample with vibration beam length 0.5 L generated a peak output voltage of 32 $V_{rms}$ and shows a 45 % increase in voltage output in comparison to the corresponding original bimorph. It was found that a piezoelectric bimorph has a possibility to be as the energy harvesting cantilever, which is successfully tuned over a vibration frequency range to enable a maximum harvesting energy.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.28
no.2
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pp.69-74
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2015
Recently, energy harvesting technology is increasing due to the fossil fuel shortages. Energy harvesting is generating electrical energy from wasted energies as sunlight, wind, waves, pressure, and vibration etc. Energy harvesting is one of the alternatives of fossil fuel. One of the energy harvesting technologies, the piezoelectric energy harvesting has been actively studied. Piezoelectric generating uses a positive piezoelectric effect which produces electrical energy when mechanical vibration is applied to the piezoelectric device. Piezoelectric energy harvesting has an advantage in that it is relatively not affected by weather, area and place. Also, stable and sustainable energy generation is possible. However, the output power is relatively low, so in this paper, newly designed honeycomb shaped piezoelectric energy harvesting device for increasing a generating efficiency. The output characteristics of the piezoelectric harvesting device were analyzed according to the change of parameters by using the finite element method analysis program. One model which has high output voltage was selected and a prototype of the honeycomb shaped piezoelectric harvesting device was fabricated. Experimental results from the fabricated device were compared to the analyzed results. After the AC-DC converting, the power of one honeycomb shaped piezoelectric energy harvesting device was measured 2.3[mW] at road resistance 5.1[$K{\Omega}$]. And output power was increased the number of harvesting device when piezoelectric energy harvesting device were connected in series and parallel.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.360-368
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2007
This paper is concerned with the development of piezoelectric energy harvesting device. Literature survey was carried out to investigate the state-of-art technology regarding piezoelectric energy harvesting method. It shows that the piezoelectric energy harvesting system has been researched as the needs for the auxiliary power system grow for ubiquitous sensor node. In this study, the piezoelectric energy harvesting system was constructed and the corresponding electric circuit was also built to investigate the power characteristics. Experimental results show that it can charge the small battery with ambient vibrations but still needs an effective mechanism to collect ambient energies.
Kim, Hyung-Chan;Jeong, Dae-Yong;Yoon, Seok-Jin;Kim, Hyun-Jai
Korean Journal of Materials Research
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v.17
no.2
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pp.121-123
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2007
Energy harvesting from the vibration through the piezoelectric effect has been studied for powering the wireless sensor node. As piezoelectric unimorph cantilever structure can transfer low vibration to large displacement, this structure was commonly deployed to harvest electric energy from vibrations. Piezoelectric unimorph structure was composed of small stiff piezoelectric ceramic on the large flexible substrate. As there is the large Young's modulus difference between the flexible substrate and stiff piezoelectric ceramic, flexible substrate could not homogeneously transfer the vibration to stiff piezoelectric ceramic. As a result, most piezoelectric ceramics had been broken at the certain point. We measured and analyzed the stress distribution on the piezoelectric ceramic on the cantilever.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2009.04a
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pp.76-77
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2009
This paper is concerned with the development of the piezoelectric energy harvesting(PEH) device using Wind. In this study, the piezoelectric energy harvesting system consisting of a cantilever with a pinwheel and piezoelectric wafer was investigated in detail both theoretically and experimentally. The power output characteristics of the PEH was then calculated and discussed. Theoretical and experimental results showed that the PEH was able to charge a battery with ambient vibrations but still needed an effective mechanism which can convert mechanical energy to electrical energy and an optimal electric circuit which dissipates small energy.
Theoretical analysis is performed on a multi-mode energy harvester design with focus on the first two vibration modes. Based on the analysis, a modification is proposed for designing a novel adaptive multi-mode energy harvester. The device comprises a simply supported beam with distributed mass and piezoelectric elements, and an adaptive damper that provides a 180 degree phase shift for the motions of two supports only at the second vibration mode. Theoretical analysis and numerical simulations show that the new design can efficiently scavenge energy at the first two vibration modes. The energy harvesting capability of the multi-mode energy harvester is also compared with that of a cantilever-based energy harvester for single-mode vibration. The results show that the energy harvesting capacity is affected by the damping ratios of different designs. For fixed damping ratio and design dimensions, the multi-mode design has higher energy harvesting capacity than the cantilever-based design.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.9
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pp.78-85
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2008
Piezoelectric materials have been investigated as vibration energy converters to power wireless devices or MEMS devices due to the recent low power requirements of such devices and the advancement in miniaturization technology. Piezoelectric power generation can be an alternative to the traditional power source-battery because of the presence of facile vibration sources in our environment and the potential elimination of the maintenance required for large volume batteries. This paper represents the new power source which supplies energy device node. This system, called "energy harvesting system", with piezo materials scavenges extra energy such as vibration and acceleration from the environment. Then it converts the mechanical energy scavenged to electrical energy for powering device This paper explains the properties of piezo material through theoretical analysis and experiments The developed system provides a solution to overcome the critical problem of making up wireless device networks.
The possibility of energy harvesting as well as vibration of a three-layered beam consisting of two piezoelectric layers and one core layer made of nonpiezoelectric material is investigated using nonlocal strain gradient theory. The three-layered nanobeam is resting on an elastic foundation. Hamilton's principle is used to derive governing equations and associated boundary conditions. The generalized differential quadrature method (GDQM) was used to discretize the equations, and the Newmark beta method was used to solve them. The size-dependency of the elastic foundation is considered using two-phase elasticity. The equations, as well as the solution procedure, are validated utilizing some compassion studies. This work can be a basis for future studies on energy harvesting of small scales.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2009.06a
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pp.439-439
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2009
Nowadays, source of MEMS, USN, Hybrid parts pay attention to energy harvesting. On this paper, energy harvesting was studied using piezoelectric effect. And, piezoelectric generator was designed and fabricated. Generators were designed by FEM simulation program and generators were made by attaching cymbal type metal plates on upper and bottom sides of a disc type piezoelectric ceramic. Output AC power was rectified to DC power by full bridge circuit and converted to regular voltage power by DC-DC converter. The final output power was charged to Ni-Cd battery. Using fabricated generators, output voltages dependant on thickness of ceramic, displacement of vibration, frequency of vibration were measured.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2009.04b
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pp.53-54
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2009
Nowadays, source of MEMS, USN, Hybrid parts pay attention to energy harvesting. On this paper, energy harvesting was studied using piezoelectric effect. And, piezoelectric generator was designed and fabricated. Generators were designed by FEM simulation program and generators were made by attaching cymbal type metal plates on upper and bottom sides of a disc type piezoelectric ceramic. Using fabricated generators, output voltages dependant on thickness of ceramic, displacement of vibration, frequency of vibration were measured.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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