Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제13권3호
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pp.125-128
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2012
This paper describes the design, simulation and characterization of an AA size electromagnetic energy harvester that is capable of converting environmental vibration into electrical energy. A magnetic spring technique is used to scavenge energy from low frequency external vibrations. The generator is characterized by ANSYS 2D finite element analysis, and optimized in terms of moving mass, fixed magnet size, coil width and load resistance. The optimized energy harvester is able to generate 53.5 mW of average power at 8.1 Hz resonance frequency, with a displacement of 0.5 mm.
There are few reports of high frequency loss behavior in the near-field for magnetic films with semiconducting properties, even though semiconducting magnetic materials, such as soft magnetic amorphous alloys and nanocrystalline thin films, have been demonstrated. The electromagnetic loss behavior of multilayer magnetic films with semiconducting properties on the microstrip line in quasi-microwave frequency band was analyzed numerically using a commercial finite-element based electromagnetic solver. The large increase in the absorption performance and broadband characteristics of the semiconducting/insulating layer magnetic films examined in this study were attributed to an increase in the loss factor of resistive loss. The electromagnetic reflection increased significantly with increasing conductivity, and the loss power deteriorated significantly. The numerical results of the magnetic field distribution showed that a strong radiated signal on the microstrip line was emitted with increasing conductivity and decreasing film thickness due to re-reflection of the radiated wave from the surface of the magnetic film, even though the emitted levels varied with film thickness.
Electromagnetic Pulse Forming is the one of the high velocity forming method. When the electric energy which is charged in the capacitor bank is suddenly discharged into the electromagnetic coil, the high magnetic field occurs at the airgap between the electromagnetic coil and workpiece. Thus we can obtain the high electromagnetic pressure, which is proportional to the square of magnetic flux density. This is the basic principle of the electromagnetic pulse forming. In this paper, the equivalent L-R-C circuit is derived by computing the magnetic field and its loss of the total system. Thus, the values of the magnetic flux density and pressure can be obtained from the equation of this circuit. As a result, the computed and measured values of the maximum magnetic flux density and pressure are compared and the characteristics of the tapered field shaper are further discussed as follows; 1) The strength of magnetic flux density and pressure can be controlled by the charged energy and the size of the airgap between the inner field shaper and the workpiece. 2) During the design of the tapered field shaper, the penetration of the magnetic flux through the sharp edge should be considered.
In this paper, two different electromagnetic energy harvesters using bulk micromachined silicon spiral springs and Polydimethylsiloxane (PDMS) packaging technique have been fabricated, characterized, and compared to generate electrical energy from ultra-low ambient vibrations under 0.3g. The proposed energy harvesters were comprised of a highly miniaturized Neodymium Iron Boron (NdFeB) magnet, silicon spiral spring, multi-turned copper coil, and PDMS housing in order to improve the electrical output powers and reduce their sizes/volumes. When an external vibration moves directly the magnet mounted as a seismic mass at the center of the spiral spring, the mechanical energy of the moving mass is transformed to electrical energy through the 183 turns of solenoid copper coils. The silicon spiral springs were applied to generate high electrical output power by maximizing the deflection of the movable mass at the low level vibrations. The fabricated energy harvesters using these two different spiral springs exhibited the resonant frequencies of 36Hz and 63Hz and the optimal load resistances of $99{\Omega}$ and $55{\Omega}$, respectively. In particular, the energy harvester using the spiral spring with two links exhibited much better linearity characteristics than the one with four links. It generated $29.02{\mu}W$ of output power and 107.3mV of load voltage at the vibration acceleration of 0.3g. It also exhibited power density and normalized power density of $48.37{\mu}W{\cdot}cm-3$ and $537.41{\mu}W{\cdot}cm-3{\cdot}g-2$, respectively. The total volume of the fabricated energy harvesters was $1cm{\times}1cm{\times}0.6cm$ (height).
본 실험적 연구에서는 수개의 코일과 릴레이 스위치를 활용하여 전자기력 위치를 지속적으로 교란하는 방법이 파괴에너지에 미치는 영향을 분석하였다. 마이크로 강섬유와 일반 후크 강섬유로 보강된 일반몰탈, 모래의 50 %와 100 %를 스틸슬래그로 치환한 스틸슬래그 몰탈을 제작하고, 전자기에 노출하였다. 전자기력이 유도방식은 기존의 방식인 한 개의 코일을 사용하고 릴레이 스위치 없이 일정한 전자기력을 유도하는 기존의 방법과 이를 상과 하로 두 개로, 상중하 세 개로 분할하고 릴레이 스위치를 두어 지속적으로 변화시키는 방법으로 하였다. 실험결과로부터 획득한 하중-수직변위곡선으로부터 파괴에너지를 계산하고 이를 상호 비교하였다. 실험결과, 동일한 전력량을 사용하더라도 코일을 분리하고 릴레이 스위치를 활용하여 전자기력을 교란하는 방식이 파괴에너지를 증가시키는데 효과적인 것으로 확인되었다.
In this paper, we propose an energy-efficient unmanned aerial vehicle (UAV) relaying network. In this network, the channels between UAVs and ground transceivers are model-free. A UAV acting as a flying relay explores better channels to assist in efficient data delivery between two ground nodes. The full-duplex relaying mode is applied for potential energy efficiency (EE) improvements. With the genetic algorithm, we manage to optimize the UAV trajectory for any arbitrary radio map scenario. Numerical results demonstrate that compared to other schemes (eg, fixed trajectory/speed policies), the proposed algorithm performs better in terms of EE. Additionally, the impact of self-interference on average EE is also investigated.
Solenoid operated electromagnetic control valve (ECV) using in an external variable displacement swash plate type compressor is widely used for air conditioning control system because of its low energy consumption and high efficient characteristics. ECV controls the entire vehicle air conditioning system by means of a pulse width modulation (PWM) system that supplied from an external controller. Different pressure ports located within ECV has important functions to control the air/refrigerant flow through its internal passages. The flow paths are preciously maintained with acceptable ranges of leakage (gap) between the parts inside it which is followed by effective design and critical dimensioning of its internal features. Therefore, it saves energy losses from the solenoid operation as well as ensures the balance of forces within it. The research paper highlights analysis of the leakages (at different pressure ports) and dimensioning tolerance factors that affects the ECV performance.
Muppala, Raghava Raju;Raju, K. Padma;Moon, Nam-Mee;Jung, Baek-Ho
Journal of electromagnetic engineering and science
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제8권1호
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pp.6-11
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2008
Advances in low power design open the possibility to harvest energy from the environment to power electronic circuits. Electrical energy can be harvested from piezoelectric transducer. Piezoelectric materials can be used as mechanisms to transfer mechanical energy usually vibrating system into electrical energy that can be stored and used to power other devices. Micro- to milli-watts power can be generated from vibrating system. We developed definitive and analytical models to predict the power generated from a cantilever beam attached with piezoelectric transducer. Analytical models are pin-force method, enhanced pin-force method and Euler-Bernoulli method. Harmonic oscillations and random noise will be the two different forcing functions used to drive each system. It has been selected the best model for generating electric power based upon the analytical results obtained.
A novel energy harvesting technique that uses conducted electromagnetic interference as an energy source is presented. Conducted EMI generated from fluorescent light using a switched-mode power supply was measured and modeled as an equivalent voltage source. Two types of rectifier circuits-a bridge rectifier and a voltage doubler-were used as the harvesting devices for conducted EMI source. The matching networks were designed based on the equivalent model, and the harvested power was improved. The implemented energy harvester produces a regulated power over 68.9 mW and current over 15.1 mA while a regulated voltage can be selected between 3.3 V and 5 V. The proposed system shows the highest harvesting power indoor environment and can provide enough power for the Internet of Things devices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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