Modeling and experimental investigation of an impact-driven piezoelectric energy harvester from human motion

双晶片 能量收集 压电 电压 声学 验证质量 脉冲(物理) 功率(物理) 材料科学 机械能 电气工程 工程类 振动 物理 量子力学
作者
Wei Sheng,Hong Hu,Siyuan He
出处
期刊:Smart Materials and Structures [IOP Publishing]
卷期号:22 (10): 105020-105020 被引量:115
标识
DOI:10.1088/0964-1726/22/10/105020
摘要

An impact-driven piezoelectric energy harvester from human motion is proposed in this paper. A high-frequency PZT-5A bimorph cantilever beam with attached proof mass at the free end was selected. A frequency up-conversion strategy was realized using impulse force generated by human motion. An aluminum prototype was attached to the leg of a person on a treadmill and measurements taken of the dissipated electric energy across multiple resistances over a range of walking speeds. The outer dimensions of this prototype are 90 mm × 40 mm × 24 mm. It has been shown that the average output voltage generated by the piezoelectric bimorph increases sequentially with a faster walking speed, the power varies with the external resistances and maximum levels occur at the optimal resistance, which is consistent with the simulation result. An open circuit voltage of 2.47 V and maximum average power of 51 μW can be achieved across a 20 kΩ external load resistance and 5 km h−1 walking speed. Experimental results reveal that the impact-driven piezoelectric energy harvesting system mounted on a person's leg has the potential for driving wearable devices.
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