Laddar batteri med Piezo Mat Circuit

I det här inlägget lär vi oss en metod för att skörda fri elektricitet från en piezoinbäddad matta genom att gå på den och försöker undersöka hur denna energi kan användas för att ladda ett litet batteri.

Normalt bär en människokropp en enorm mängd energi som helt enkelt går till spillo i vårt vanliga dagliga arbete. Till exempel energi i form av värme från vår kropp och huvudytan, energi genom varje rörelse medan vi sitter och arbetar, sover etc.

Men den största mängden energi som helt enkelt går till spillo är när man går. Här ser vi hur vår gångprocess kan användas för att generera el med piezo-enheter. I en av mina tidigare artiklar publicerade jag ett liknande ämne som förklarade hur man genererar el från skor med en solenoid , här ska vi studera hur en piezo kan användas för att skörda elektricitet från våra fotspår, även om detta koncept kan vara mycket svagare med sina specifikationer och därför mycket ineffektivt med prestanda jämfört med dess solenoid-motsvarighet.

Innan vi börjar applicera en piezo för vår fotstegsaktiverade krets för fri energigenerator, skulle det vara intressant att veta hur mycket maximal effekt kan en piezo faktiskt generera när en optimerad mängd tryck slås på den.

Om vi ​​analyserar en standard 27mm summer piezo ,, Vi upptäcker att när den träffas eller träffas kraftigt (utan att skada) kan den generera cirka 1 till 3V DC, som kan lysa upp en 5 mm LED. Tja, det ser imponerande ut, men att slå rätt typ av kraft i rätt hastighet och över rätt plats är något som ser svårt att utföra. Ändå kan det vara möjligt att få dessa enheter att fungera för det avsedda ändamålet ganska bra, med en viss planerad ansträngning.

Såsom diskuterats ovan kan ett piezo-element generera upp till 3V, men strömmen (förstärkaren) kan vara ganska mindre vid cirka 10 till 20mA, så för att driva en relativt större belastning som att ladda ett batteri kanske denna ström inte räcker och vi kan kräva att många antal piezoelement arbetar tillsammans för att producera en högre mängd ström från dem.

Hur man ansluter flera piezos tillsammans för att öka strömmen

För att öka mängden ström från en piezomattgenerator-krets blir det absolut nödvändigt att ansluta dem parallellt, eftersom parallellanslutning orsakar strömtillägg medan seriekoppling möjliggör spänningstillägg.

För att genomföra detta måste varje piezo innehålla sin egen separat brygglikriktare , som visas i följande bild:

Bilden visar en 27 mm två terminal piezo vid basen, det guldfärgade området representerar piezos metallplatta medan den vita cirkeln representerar det centrala piezomaterialet som ligger på den gyllene plattan.

Över den vita delen av piezo kan vi se ett svart isoleringstejp fast för att ge en isolerad vilplattform för brygglikriktaren som består av 4 x BAS86 Schottky-dioder (visas röd färg).

Bron är ordentligt monterad på ovannämnda yta med bitar av koppartrådar, vi kan se två av dem slutar från brygglikriktarens centrala korsningar, en lödd på piezos gyllene platta medan den andra lödde på det centrala vita piezomaterialet (var försiktig vid lödning på den vita ytan, eftersom den är ganska ömtålig och lätt kan tappas av).

De positiva och de negativa ändarna av bryggan avslutas med röda / svarta ledningar, och dessa ledningar från var och en av piezo / brygganordningen måste anslutas ihop. Betydelse antar att vi har 50 sådana piezoenheter, då ska alla röda ledningar från de 50 enheterna vara sammanfogade och de 50 svarta ledningarna sammanfogas.

Dessa vanliga negativa / positiva fogar kan sedan anslutas till en elektrolytkondensator med högre värde, och vidare till (+) (-) batteripolerna (för laddning).

Dioderna kan dessutom säkras genom att applicera några droppar superlim på var och en av dioderna.

Du kan också välja SMD-dioder för att göra bryggan extremt kompakt och lätt.

Detta avslutar piezo-broenheten som förklarar hur man ansluter piezos parallellt för att multiplicera strömutgången, låt oss nu gå vidare och lära oss den bästa möjliga metoden för att konfigurera ovanstående montering med en mekanism som effektivt skulle konvertera fotsteg till el från piezos .

Piezo Mat Electricity Generator Mechanism

Som vi lärde oss genom våra tidigare studier, en piezo kanske inte genererar el effektivt om det inte träffas eller träffas med någon form av kraft eller ryck, för att vara exakt bör slaget vara snyggt för att producera maximalt från dessa enheter.

Det innebär att mjuk pressning av en piezo inte kommer att räcka för att driva dessa enheter optimalt, vilket betyder att bara genom att trycka på piezosammansättningen med fötterna kommer det inte att hjälpa till att generera signifikant från dem.

Kom ihåg att piezo skiljer sig från en lastcell.

Piezomattan ska vara utrustad med en mekanism som måste kunna omvandla även ett långsamt fotsteg till ett snappy strejk över piezos .

Efter att ha funderat över tänkte jag följande metod för att implementera en piezomatta som förhoppningsvis skulle kunna uppnå maximalt från enheterna. Om du har en bättre lösning kan du gärna använda den istället för detta.

Diagrammet nedan visar mekanismen som består av en träplanka svängd i mitten och täckt med ett lager skum eller svamp. Varje gång någon trampar över skummet lutar plankan med ett 'dunk' och orsakar en avsevärd vibration på hela plankan. Samma upprepas när fotsteget lyfts från systemet.

Piezo Positionering

Placeringen av piezoenheten kan ses i figuren ovan.

Det grå området är mattbas, det gulaktiga avsnittet betyder att träplankan har en central svängstång så att den smidigt kan vändas över båda sidor när en person trampar på den.

Piezoenheterna som diskuterats ovan kan fixeras vid plankens nedre yta mot kanten för att möjliggöra maximal påverkan på dem. Plankans kant ger maximal påverkan än den centrala svängningsdelen, därför är det tillrådligt att flytta piezos så nära plankans kant som möjligt.

Att klistra i Piezos kräver särskild vård

Du kan inte helt enkelt fästa piezos direkt på den angivna plankan, för att göra det skulle helt enkelt dämpa piezo-rörelsen och göra dem ganska ineffektiva.

Den rätta metoden skulle vara att stansa hål i understorlek och sticka piezos över dem så att endast piezos kant kan komma i kontakt med plankan medan deras centrala del hänger i hålrummet, som visas nedan

Som kan ses i ovanstående konstruktion är plankan stansad med hål motsvarande antalet piezos som behöver fastna, en piezo kan ses fixerad under plankan så att endast dess gyllene kant kommer i kontakt med plankan medan kvarvarande centralsektion förblir avskild inom hålgapet.

Denna metod för att hålla fast säkerställer den mest effektiva vibrationspåverkan på piezosna när den träffar någons fotspår.

Förbättra fotstegskraften på piezomattgeneratorn

I avsnittet ovan lärde vi oss tekniken för en svängbar planka laddad med piezos för att tvinga fram en flip-flop-rörelse som svar på fotspåren, så att plankan orsakar maximal vibrationspåverkan på piezos.

Processen kan förbättras ytterligare genom att lägga till en magnet över vardera änden av plankan, som visas nedan:

Som vi kan se införs en järnspik vid plankens nedre kant och en magnet placeras på bottenbotten parallellt med spiken, så att när plankan tenderar att luta på grund av en fotsteg, drar magneten kanten mer snabbt mot den lutade sidan och orsakar en förstärkt 'knackande' inverkan på den relevanta sidan, vilket i sin tur orsakar en motsvarande mängd mer vibrationsspänning på respektive piezoenhet, vilket säkerställer en högre elproduktion från dem.