Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2008.11a
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pp.169-170
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2008
On this paper, piezoelectric generators using piezoelectric ceramics were designed and fabricated. Generators were made by attaching cymbal type metal plates on upper and bottom sides of a disc type piezoelectric ceramic. Generator converts wasting mechanical energy to electrical energy. Output voltage was increased when thickness of ceramic and displacement of vibration were increased. Temperature of the ceramic was increased when it generates, but the temperature rising was saturated at certain temperature.
Green house gas emissions are increasing as development of the industrial economy of the international community. Many countries in the world are endeavoring to reduce green house gas emissions under severe climate change. In order to protect grobal warming, government is trying to reduce green gas emissions under "Low Carbon Green Growth Policy" and investing climiate-firendly industries such as renewable energy harvesting. Renewable energy has been rapidly developing as a result of investment for development technology of using natural energy such as solar, wind, tidal, etc. There are lots of waste energy in the road space. However, nobody is not interested in waste energy from the road space. This paper present a fundamentally experimental study of energy harvesting technique to use waste energy in the road. The waste energy in the road is covered a pressure and impact of vehicles on the road, the radiant heat from asphalt pavement, road noise and vibration etc. In this study, an energy harvesting device using piezoelectric element is proposed and various tests are conducted to investigate a characteristic of this device as function of impact loading based on piezoelectric effect behavior. This paper shows the energy harvesting results of the device using domestic piezoelectirc element as a function of impact load size and pavement types.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.23
no.6
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pp.546-552
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2013
A cantilevered piezoelectric energy harvester(PEH) and an auxiliary mass-spring unit can be integrated into a novel two-degrees-of-freedom PEH where its lowest eigenmode is not an in-phase modes but an out-of-phase mode. This typical behavior was shown to enhance output power considerably compared with its stand-alone counterpart. The objective of this study is to newly develop a continuum-based mathematical model suitable for efficient analysis of the mode-sequence reversed PEH. Once such a mathematical model is available, various physical behaviors can be analytically investigated for better designs. After a new mathematical model is developed, its validity is checked by using ANSYS results, in terms of resonant frequency, open-circuit voltage, and output power with a specified external resistance.
Kim, Chang Il;Kwon, Tae Hyeong;Yeo, Seo Yeong;Yun, Ji Sun;Jeong, Young Hun;Hong, Youn Woo;Cho, Jeong Ho;Paik, Jong Hoo
Journal of Sensor Science and Technology
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v.27
no.2
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pp.112-117
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2018
In this study, a bender-type piezoelectric energy harvester was fabricated and evaluated to compensate for the disadvantages of high-power generation only in the resonance frequency range of a piezoelectric harvester using a piezoelectric cantilever. The generated power was investigated according to various changes in the vibration environment. Compared with the piezoelectric cantilever module, the bender-type piezoelectric module showed a larger number of peak voltages. The primary peak voltage shifted toward the low frequency when the spring was coupled to the bender-type piezoelectric module. The harvester of the three bender-type modules had a vibration frequency exceeding 1 mW in the 34-45 Hz range and generated 3.112 mW of power at the vibration frequency of 38 Hz. The harvester of the six bender-type modules had a vibration frequency exceeding 1 mW in the 31-45 Hz range and generated 3.081 mW of power at the vibration frequency of 35 Hz.
This paper investigates the concept and implementation of an energy harvesting device using a ferrofluid sloshing movement to generate an electromotive force (EMF). Ferrofluids are often applied to energy harvesting devices because they have both magnetic properties and fluidity, and they behave similarly to a soft ferromagnetic substance. In addition, a ferrofluid can change its shape freely and generate an EMF from small vibrations. The existing energy harvesting techniques, for example those using piezoelectric and thermoelectric devices, generate minimal electric power, as low as a few micro-watts. Through flow analysis of ferrofluids and examination of the magnetic circuit characteristics of the resultant electromagnetic system, an energy harvester model based on an electromagnetic field generated by a ferrofluid is developed and proposed. The feasibility of the proposed scheme is demonstrated and its EMF characteristics are discussed based on experimental data.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.30
no.8
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pp.501-507
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2017
A unimorph piezoelectric cantilever generator with an interdigitated electrode (IDE) was developed for vibration energy harvester applications driven in the longitudinal mode. Hard lead zirconate titanate (PZT) ceramic with a high $Q_m$ of 1,280 was used as the piezoelectric active material. Ten PZT sheets produced by tape casting were laminated and co-fired with an Ag/Pd IDE at $1,050^{\circ}C$ for 2 h. The approximately $280{\mu}m$-thick co-fired PZT laminate with the IDE was attached to a stainless steel substrate with an adhesive epoxy for the fabrication of an IDE unimorph cantilever. Its energy harvesting characteristics were evaluated: an output power of $1.1{\mu}W$ at 120 Hz across the resistive load of $700k{\Omega}$ was obtained, corresponding to a normalized power factor of $4.1{\mu}W/(G^2{\cdot}cm^3)$.
This paper describes the fabrication and characteristics of AlN piezoelectric MPG(micro power generator). The micro energy harvester was fabricated to convert ambient vibration energy to electrical power as a AlN piezoelectric cantilever with Si proof-mass. To be compatible with CMOS process, AlN thin film was grown at low temperature by RF magnetron sputtering and micro power generators were fabricated by MEMS technologies. X-ray diffraction pattern proved that the grown AlN film had highly(002) orientation with low value of FWHM(full width at the half maximum, $\theta=0.276^{\circ}$) in the rocking curve around(002) reflections. The implemented harvester showed the $198.5\;{\mu}m$ highest membrane displacement and generated 6.4 nW of electrical power to $80\;k{\Omega}$ resistive load with $22.6\;mV_{rms}$ voltage from 1.0 G acceleration at its resonant frequency of 389 Hz. From these results, the AlN piezoelectric MPG will be possible to suitable with the batch process and confirm the possibility for power supply in portable, mobile and wearable microsystems.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.25
no.4
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pp.286-289
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2012
In this paper, we have proposed piezoelectric energy harvester employing the pillar structure with the diameter size of 500 um. So we have selected the Su-8 photo-resist and modified lithography process to manufacture the pillar structure with height above the $500{\mu}m$. Simultaneously, we tried to make a comparative study to use ceramic bulk - polymer structure In this paper, we will report the process and properties of micro pillar structure based on the PMN-PZT ($Pb(Mg_{1/3}Nb_{2/3})O_3-PbZrTiO_3$) materials. Finally, We will propose a method for generating electrical energy with a piezoelectric element using vibration, an energy source can be obtained from the "clean" energy.
Kim, Chang-Il;Jeong, Young-Hun;Lee, Young-Jin;Paik, Jong-Hoo;Nahm, Sahn
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.21
no.12
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pp.1071-1076
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2008
This paper presents the self power generation from vibration using the piezoelectric bimorph actuator. The piezoelectric bimorph actuator was well developed with PZT-PNN-Fe piezoelectric ceramics. As the applied voltage was increased, a linear change of displacement was obtained with a relatively high ratio of 12.53 um/V for the bimorph actuator. Moreover, when the motor's rotational speed was 2000 rpm, the bimorph actuator, which has a resonance frequency of 68 Hz, exhibited the most efficient generation voltage of 10.4 V. This bimorph actuator could make the LED, emitting 60 mW, working successfully. Therefore, it is anticipated that the bimorph actuator will be useful as a power source for the next-generation electronic devices.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2010.03a
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pp.7-7
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2010
Energy harvesting from the environment has been of great interest as a standalone power source of wireless sensor nodes for Ubiquitous Sensor Networks(USN). In particular, the piezoelectric energy harvesting from ambient vibration sources has intensively researched because it has a relatively high power density comparing with other energy scavenging methods. Through recent advances in low power consumption RF transmitters and sensors, it is possible to adopt a micro-power energy harvesting system realized by MEMS technology for the system-on-chip. However, the MEMS energy harvesting system has some drawbacks such as a high natural frequency over 300 Hz and a small power generation due to a small dimension. To overcome these limitations, we devised a novel power generator with a spiral spring structure as shown in the figure. The natural frequency of a cantilever could be decreased to the usable frequency region (under 300 Hz) because the natural frequency depends on the length of a cantilever. In this study, the natural frequency of the energy harvester was a lower than a normal cantilever structure and sufficiently controllable in 50 - 200 Hz frequency region as adjusting weight of a proof mass. Moreover, the MEMS energy harvester had a high energy conversion efficiency using a shear mode ($d_{15}$) is much larger than a 33 mode ($d_{33}$) and the energy conversion efficiency is proportional to the piezoelectric constant (d). We expect the spiral type MEMS power generator would be a good candidate for a standalone power generator for USN.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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