Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.25
no.3
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pp.176-181
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2012
Due to the high etch rate and low fabrication cost, the wet etching of silicon using KOH etchant is widely used in MEMS fabrication area. However, anisotropic etch characteristic obstruct intuitional mask design and compensation structures are required for mask design level. Therefore, the accurate modeling for various types of silicon surface is essential for fabrication of three-dimensional MEMS structure. In this paper, we modeled KOH etch profile for MEMS based energy harvester using fuzzy logic. Modeling results are compared with experimental results and it is applied to design of compensation structure for MEMS based energy harvester. Through Fuzzy inference approaches, developed model showed good agreement with the experimental results with limited etch rate information.
We present a piezoelectric energy harvester with stopper-engaged dynamic magnifier which is capable of significantly increasing the operating bandwidth and the energy (power) harvested from a broad range of low frequency vibrations (<30 Hz). It uses a mass-loaded polymer beam (primary spring-mass system) that works as a dynamic magnifier for another mass-loaded piezoelectric beam (secondary spring-mass system) clamped on primary mass, constituting a two-degree-of-freedom (2-DOF) system. Use of polymer (polycarbonate) as the primary beam allows the harvester not only to respond to low frequency vibrations but also generates high impulsive force while the primary mass engages the base stopper. Upon excitation, the dynamic magnifier causes mechanical impact on the base stopper and transfers a secondary shock (in the form of impulsive force) to the energy harvesting element resulting in an increased strain in it and triggers nonlinear frequency up-conversion mechanism. Therefore, it generates almost four times larger average power and exhibits over 250% wider half-power bandwidth than those of its conventional 2-DOF counterpart (without stopper). Experimental results indicate that the proposed device is highly applicable to vibration energy harvesting in automobiles.
This study was conducted to solve the problem of spinach harvesting done by manpower at the outdoor field during the cold winter season. Prototype spinach harvester was designed to dig, pick-up, and collect in a continuous operation for harvesting outdoor field-planted crawling type spinach. In the field test, two types of blades (Type A : angle of $150^{\circ}$, Type B : straight) were used for measuring the cutting loads of spinach and chain conveyor with lugs was used for picking up the root cut spinach. Prototype's vibrating blade reduced the digging power of the fixed blade by $46\%$. The loss was also very little ($0.7\%$) with a digging depth of 4 cm, an oscillation frequency of 748 rpm, and an oscillation distance of 33 mm. The working performance of the prototype spinach harvester was 38 hour/ha resulting to $96\%$ labor cost reduction compared to the conventional harvesting.
Yang, Jin;Wen, Yumei;Li, Ping;Dai, Xianzhi;Li, Ming
Journal of Magnetics
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v.16
no.2
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pp.150-156
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2011
Magnetoelectric (ME) transducers were originally intended for magnetic field sensors but have recently been used in vibration energy harvesting. In this paper, a new broadband vibration energy harvester has been designed and fabricated to be efficiently applicable over a range of source frequencies, which consists of two cantilever beams, two magnetoelectric (ME) transducers and a magnetic circuit. The effects of the structure parameters, such as the non-linear magnetic forces of the ME transducers and the magnetic field distribution of the magnetic circuit, are analyzed for achieving the optimal vibration energy harvesting performances. A prototype is fabricated and tested, and the experimental results on the performances show that the harvester has bandwidths of 5.6 Hz, and a maximum power of 0.25 mW under an acceleration of 0.2 g (with g = $9.8\;ms^2$).
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.66
no.7
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pp.1059-1065
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2017
In this paper, the energy harvester with a piezoelectric materials is modeled as the electric equivalent circuit, and performances of a standard DC method and a Parallel-SSHI method are verified through experiment under variable force and load conditions. Piezoelectric generator consists of mass, damper and spring constant, and it is modeled by electrical equivalent circuit with RLC components. Standard DC and Parallel-SSHI are used as power conversion methods, and standard DC consists of full-bridge rectifier and smoothing capacitor. Parallel-SSHI method is composed of L-C resonant circuit, zero-crossing detector and full-bridge rectifier. In case of simulation under $100k{\Omega}$ load condition, the harvested power is $500{\mu}W$ in Standard DC and $670{\mu}W$ in Parallel-SSHI, respectively. In experiment, the harvested power under $100k{\Omega}$ load condition is $420{\mu}W$ in standard DC and $602{\mu}W$ in Parallel-SSHI. Harvested power of Parallel-SSHI is improved by approximately 40% more than that of standard DC method.
Kim, Byounggap;Shin, Seung-Yeoub;Kim, Yu Yong;Yum, Sunghyun;Kim, Jinoh
Journal of Biosystems Engineering
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v.38
no.1
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pp.9-17
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2013
Purpose: The goal of this study was to develop a methodology for the demand forecast of tractor, riding type rice transplanter and combine harvester using an ARIMA (autoregressive integrated moving average) model, one of time series analysis methods, and to forecast their demands from 2012 to 2021 in South Korea. Methods: To forecast the demands of three kinds of machines, ARIMA models were constructed by following three stages; identification, estimation and diagnose. Time series used were supply and stock of each machine and the analysis tool was SAS 9.2 for Windows XP. Results: Six final models, supply based ones and stock based ones for each machine, were constructed from 32 tentative models identified by examining the ACF (autocorrelation function) plots and the PACF (partial autocorrelation function) plots. All demand series forecasted by the final models showed increasing trends and fluctuations with two-year period. Conclusions: Some forecast results of this study are not applicable immediately due to periodic fluctuation and large variation. However, it can be advanced by incorporating treatment of outliers or combining with another forecast methods.
Kim, Hyung-Chan;Song, Hyun-Cheol;Lee, Ju-Young;Jeong, Dae-Yong;Kim, Hyun-Jae;Yoon, Seok-Jin;Ju, Byeong-Kwon
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2007.11a
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pp.301-302
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2007
Energy harvesting from the vibration through the piezoelectric effect has been studied for powering the wireless sensor node. For the driving wireless sensor node, the generated energy is required to store the capacitor or battery. For the rapid charging, higher voltage than battery's capacity voltage and a large current are necessitated. However, the piezoelectric energy harvester is generally featured as a high voltage and low current generator. As it is known that the generated current in the piezoelectric energy harvester is related to an area of electrode of piezoelectric ceramics, we fabricated the multilayer ceramics to increase effective area for the faster charging. The energy harvesting properties and charging characteristics of multilyaer ceramics were investigated and discussed.
Energy harvesting refers to converting ambient energy from our surroundings, which would be otherwise wasted, into useful electrical energy. A triboelectric energy harvester is a self-charged device for harnessing mechanical energy based on a coupled process of contact charging and electrostatic induction. In this research, we demonstrate simple fabrication of prototype triboelectric energy harvester using soft lithography and its electrical characterization. Triboelectric generation occurs between the two micro patterned layers of Au and PDMS. A micro pattern is simply replicated directly from the bottom layer to the top layer using soft-lithography without an extra transfer process. This generator can produce an output voltage of 2 V and output current of 20 nA.
In present study, Operational Modal Analysis (OMA) was employed to carry out the dynamic and vibration analysis of the threshing unit of the combine harvester thresher as a mechanical component. The main study is to find the causes of vibration and to decrease it to enhance the lifetime and efficiency of the threshing unit. By utilizing OMA, structural modal parameters such as mode shapes, natural frequencies, and damping ratio was calculated. The combine harvester was excited by engine to vibrate different parts and accelerometer sensor collected acceleration signals at different speeds, and OMA was utilized by nonparametric and frequency analysis methods to obtain modal parameters while vibrating in real working conditions. Afterwards, finite element model was designed from the thresher and updated using the data obtained from the modal analysis. Using the conducted analyses, it was specified that proximity of the thresher pass frequency to one of the natural frequencies (16.64 Hz) was the most important effect of vibration in the thresher. Modification process of the structure was carried out by increasing mass required for changing the natural frequency location of the first mode to 12.4 Hz in order to reduce resonance and vibration of the thresher.
Min Jong Park;Hyeon Ho Jeon;Seung Yun Baek;Seung Min Baek;Su Young Yoon;Jang Young Choi;Ryu Gap Lim;Yong Joo Kim
Korean Journal of Agricultural Science
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v.50
no.3
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pp.499-510
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2023
The purpose of this study is to develop a high-speed combine harvester. The performance was evaluated by composing a dynamic simulation model of a threshing cylinder and analyzing the amount of threshed rice grain during threshing operations. The rotational speed of the threshing cylinder was set at 10 rpm intervals from 500 rpm until 540 rpm, based on the rated rotational speed of 507 rpm. The rice stem model was developed using the EDEM software using measured rice stem properties. Multibody dynamics software was utilized to model the threshing cylinder and tank comprising five sections below the threshing cylinder, and the threshing performance was evaluated by weighing the grain collected in the threshing tank during threshing simulations. The simulation results showed that section 1 and 2 threshed more grains compared to section 3 and 4. It was also found that when the threshing speed was higher, the larger number of grains were threshed. Only simulation was conducted in this study. Therefore, the validation of the simulation model is required. A comparative analysis to validate the simulation model by field experiment will be conducted in the future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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