zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Giải pháp thu hoạch năng lượng từ hiệu ứng ma sát điện ứng dụng cho giày thông minh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Báo xấu

24
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu đề xuất một giải pháp thu hoạch và lưu trữ năng lượng từ hiệu ứng ma sát điện xảy ra khi một cặp hai vật liệu khác nhau được cọ sát với nhau. Việc triển khai các cặp ma sát điện nhiều lớp đặt dưới đế giày có thể thu hoạch được năng lượng lên tới 32 mW/m2 .

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giải pháp thu hoạch năng lượng từ hiệu ứng ma sát điện ứng dụng cho giày thông minh

CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION NINE GIẢI PHÁP THU HOẠCH NĂNG LƯỢNG TỪ HIỆU ỨNG MA SÁT ĐIỆN ỨNG DỤNG CHO GIÀY THÔNG MINH Nguyễn Thanh Hùng*, Lê Quang Huy, Trần Minh Ngọc, TS. Lê Minh Thùy Sinh viên bộ môn Kỹ thuật Đo và Tin học công nghiệp, Viện Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội *Liên hệ tác giả: thanhhungnguyen1210@gmail.com TÓM TẮT Trong nghiên cứu này, chúng tôi đề xuất chạy, và truyền tin công nghệ BLE với công một giải pháp thu hoạch và lưu trữ năng suất tiêu thụ cực thấp được tích hợp trong lượng từ hiệu ứng ma sát điện xảy ra khi giày. Giải pháp thu hoạch năng lượng từ một cặp hai vật liệu khác nhau được cọ sát hiệu ứng ma sát điện cung cấp nguồn cho với nhau. Việc triển khai các cặp ma sát điện cảm biến không dây của giày thông minh. nhiều lớp đặt dưới đế giày có thể thu hoạch Giải pháp được phát triển phục vụ nhu cầu được năng lượng lên tới 32 mW/m2. Công của những vận động viên và người đam mê suất thu được này đủ cung cấp cho nút cảm bộ môn chạy với cảm biến công suất cực biến đo các thông số như sải bước, tốc độ thấp được tích hợp trong giày. Từ khóa: giày thông minh, hiệu ứng ma sát điện, thu hoạch năng lượng từ hiệu ứng ma sát điện, tiết kiệm năng lượng. 1. GIỚI THIỆU Thu hoạch năng lượng là quá trình chuyển tăng vọt từ 3.67 mW/m2 lên tới 313 W/m2 đổi các nguồn năng lượng tự nhiên hoặc [1] đã mở ra một giải pháp mới cung cấp sản sinh ra trong quá trình sinh hoạt hàng năng lượng cho các thiết bị, nút cảm biến ngày của con người. Trong nghiên cứu này, công suất thấp có thể tự chủ được năng chúng tôi đề xuất việc thu hoạch năng lượng không cần phải sử dụng pin. Vấn lượng từ cơ năng sản sinh ra khi con người đề khó khăn chúng tôi giải quyết trong đề bước đi. Nguồn năng lượng này được sản xuất này là tích hợp mạch thu hoạch năng sinh ra khi con người chuyển động, và việc lượng vào trong đế giày với kích thước thu hoạch năng lượng này đã được các 5cmx5cm và phải đảm bảo chất lượng của nhóm nghiên cứu trên thế giới thực hiện từ đế giày không bị ảnh hưởng. Nhược điểm năm 2012 đến nay. Với mật độ năng lượng của nghiên cứu[2] đối với ứng dụng của DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO | 181
CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION NINE chúng tôi là kích thước lớn và có độ cứng năng lượng cho nút cảm biến hoạt động đo cao vì vật liệu được sử dụng để chế tạo tấm tốc độ chạy, sải bước, và truyền thông theo thu hoạch năng lượng làm từ nhựa. Đối với công nghệ BLE. nghiên cứu[3], chuyển động của bước chân người có chiều lên xuống nên việc tiếp xúc trượt quay được đề xuất trong[3] khó có thể triển khai thực hiện. Đề xuất của chúng tôi có công suất thu được là 80 uW với mật Hình 1. Sơ đồ khối chức năng thu hoạch năng lượng độ năng lượng 32 mW/m2 đủ để cung cấp từ hiệu ứng ma sát điện 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.2 Kỹ thuật thu thập dữ liệu 2.1 Kiến trúc đề xuất Bảng 1 tổng hợp kết quả của các công trình Mô hình của tấm thu hoạch năng lượng nghiên cứu liên quan. Theo[5], mức tiêu thụ được đề xuất là cấu trúc cặp ma sát điện năng lượng tối đa của công nghệ BLE vào nhiều lớp tăng năng lượng thu được từ khoảng 15 mW, vì vậy nguồn năng lượng từ động năng do tăng diện tích tiếp xúc của hiệu ứng ma sát điện hoàn toàn đủ để nút ma sát điện. Lựa chọn vật liệu có tính chất cảm biến không dây công nghệ BLE tự duy âm lớn được sử dụng nghiên cứu là PTFE trì hoạt động. cùng với vật liệu có tính chất dương để tích Bảng 1. Các công trình nghiên cứu liên hợp làm bản cực là nhôm. Silicon thêm vào quan để tăng độ đàn hồi giúp kiến trúc trở lại trạng thái ban đầu khi không bị tác động bởi ngoại lực. Kiến trúc đề xuất được thể hiện trong hình 2. 2.3 Phân tích mô hình toán học Hình 3. Mô hình mạch tương đương Hình 2. Kiến trúc đề xuất chế tạo Mô hình hóa tương đương kiến trúc đề xuất trong hình a) cặp ma sát điện 1 lớp và b) cặp ma sát điện 4 lớp với vật liệu là nhôm và PTFE 3. Công thức tính điện áp hở mạch VOC (Q là điện tích của 2 bản cực, σ là mật độ điện tích 182 | DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION NINE mặt sau khi va chạm) Ghép nối với tải thuần trở ta có điện áp rơi trên tải theo công thức (2) (ghép nối để đo công suất) Hình 5. Kết quả đo a) cặp ma sát điện 1 lớp b) cặp ma sát điện 4 lớp với vật liệu là nhôm và PTFE Các kết quả đo đạc trên được thực hiện với 3. Kết quả và nhận xét điều kiện đo là cắm trực tiếp tải 10 MΩ vào Hình 4 thể hiện kết quả chế tạo và hình 5 thể đầu ra của tấm thu hoạch năng lượng từ hiện kết quả đo tấm thu hoạch năng lượng hiệu ứng ma sát điện. Cặp ma sát điện 1 lớp từ hiệu ứng ma sát điện thu được điện áp đỉnh – đỉnh từ 30V, công suất thu được trên tải là 11.25 uW. Cặp ma sát điện 4 lớp thu được điện áp đỉnh – đỉnh 80V, công suất thu được trên tải là 80 uW tồn tại trong 150 ms. Kết quả khảo sát cho thấy khi thực hiện nhiều lớp cặp ma sát điện cho kết quả tốt hơn rất nhiều 1 cặp ma sát điện. Công suất thu được của 4 lớp ma sát điện cao hơn 7 lần cặp ma sát điện 1 lớp. Năng lượng thu được của 4 lớp ma sát điện 12 uJ trong mỗi bước chân chuyên động. Nút cảm biến đã thiết kế đặt dưới đế giày được thiết kế với IC DA14585 có điện áp cung cấp 3.3 V với công suất tiêu thụ tối đa 11 mW khi hoạt động. Khi nút cảm biến truyền bản tin có khung truyền tinh 50 bytes với tốc độ 1Mbps mất thời gian truyền là Hình 4. Chế tạo a) cặp ma sát điện 1 lớp b) cặp ma sát 400 us tiêu thụ năng lượng 4.4 uJ theo công điện 4 lớp với vật liệu là nhôm và PTFE nghệ BLE. Trong điều kiện lý tưởng tích trữ DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO | 183
CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION NINE năng lượng không bị hao phí, lượng năng TÁC GIẢ Ý TƯỞNG lượng thu hoạch từ mỗi bước chân đã đủ để Nguyễn Thanh Hùng sinh viên khóa 61 bộ cung cấp cho nút cảm biến hoạt động. môn Kỹ thuật đo và Tin học công nghiệp, Viện Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. 4. KẾT LUẬN Kiến trúc của khối thu hoạch năng lượng từ Trần Minh Ngọc sinh viên khóa 63 bộ môn hiệu ứng ma sát điện được đề xuất trong bài Kỹ thuật đo và Tin học công nghiệp, Viện viết này đã được chế tạo và được đo kiểm. Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Đối với tải 10 MΩ, công suất thu được trong Lê Quang Huy sinh viên khóa 63 bộ môn mỗi bước chân từ hiệu ứng khi sử dụng cặp Kỹ thuật đo và Tin học công nghiệp, Viện ma sát điện 4 lớp là 80 uW và tấm thu năng Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. lượng ma sát điện có mật độ công suất là 32 mW/m2. GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TS. Lê Minh Thùy giảng viên hướng TÀI LIỆU THAM CHIẾU 1] Wang Zhong Lin, “Triboelectric Nanogenerators as dẫn thực hiện đề tài. Hiện đang là giảng New Energy Technology for Self-Powered Systems viên bộ môn Kỹ thuật đo và Tin học công and as Active Mechaincal and Chemical Sensors,” nghiệp, Viện Điện, Trường Đại học Bách ACS Nano., vol 7, pp 9533-9557, Nov. 2013, doi: khoa Hà Nội. 10.1021/nn404614z. [2] G. Zhu et al., “Toward Large-Scale Energy Harvesting by a Nanoparticle-Enhanced Triboelectric Nanogenerator,” Nano Lett., vol. 13, no. 2, pp. 847-853, Feb. 2013, doi: https://doi. org/10.1021/nl4001053 [3] L. Lin et al., “Segmentally Structured Disk Triboelectric Nanogenerator for Harvesting Rotational Mechanical Energy,” Nano Lett., vol. 13, no. 6, pp. 2916-2923, Jun. 2013, doi: 10.1021/ nl14013002. [4] W. Jiang et al., “Fully Bioabsorbable Natural- Materials-Based Triboelectric Nanogenerators,” Adv. Mater., vol.30, no. 32, p. 1801895, Aug. 2018, doi: 10/1002/adma.201801895. [5] Torbjorn Ovrebekk, The Importance of Average Power Consumption to Battery Life,” Sep. 30, 2020. https://blog.nordicsemi.com/getconnected/the- importance-of-average-power-consumption-to- battery-life. 184 | DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2418 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.