Modeling and Analysis of Piezo-Elastica Energy Harvester in Computer Hard Disk Drives

振动 有限元法 弯曲 声学 功率(物理) 执行机构 机械能 能量收集 音圈 压电 能量(信号处理) 机械工程 电磁线圈 电势能 工作(物理) 材料科学 计算机科学 物理 结构工程 电气工程 工程类 量子力学
作者
Jen-Yuan Chang
出处
期刊:IEEE Transactions on Magnetics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:47 (7): 1862-1867 被引量:16
标识
DOI:10.1109/tmag.2011.2116774
摘要

In this paper, design and analysis of an energy harvester named piezo-elastica energy harvester (PEEH) to harvest wasted mechanical energy generated by flex cable kinetic and vibratory motions are presented. A coupled piezo-elastic model is developed for the harvester with focus given to understanding piezoelectricity generated by its PVDF layer over its underlying largely deformed flex cable elatica structure. Design for manufacturing for the proposed harvester is detailed in this work. Numerical finite element simulations and laboratory measurements using noncontact laser interferometry validate the mode with respect to the PEEH's profiles, natural frequencies and mode shapes as well as electric energy generated resulted from flex cable's dynamics. It is observed that about 25% of the power consumed by disk drive's voice coil motor can be harvested by the proposed design. Among harvested energy, it is found that 58% comes from significant change of PEEH's profile when rotary actuator swings between disk's outer diameter and inner diameter regions, 33% from PEEN's 2nd bending mode, and 9% from its 1st bending mode. The work presented in this paper suggests the possibility of scavenging and converting flex cable's mechanical vibrations and dynamics into electrical form for power conservation inside computer hard disk drives.

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