Kim, Hyo-Jin;Park, Ji-Young;Jin, Kyu-Nam;Noh, Myung-Hyun
Land and Housing Review
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v.5
no.2
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pp.99-106
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2014
The purpose of this study is to develop hybrid energy blocks with piezoelectric and electromagnetic induction method. The developed energy block is able to be applied to the housing and facilities in the city and is suitable to adjust the characteristics of facilities. To develop the hybrid energy block, we analyzed the characteristics and requirements of various energy block types and drew improvement and application method to develop energy blocks. We compared and analyzed the characteristics and performance of the prototype energy blocks and the developed hybrid energy blocks. According to result of the comparison and analysis, the developed energy block shows higher performance of 12.7 times for adding one vibration and 28.9 times for five consecutive vibrations than that of a existing prototype energy block. This is consistent with research purposes for W-level electrical energy production. Thus, the new energy block will likely be possible to apply to the housing and urban facility.
This paper investigates a magnetoelectric (ME) vibration energy harvester that can scavenge energy in arbitrary directions in a plane as well as wide working bandwidth. In this harvester, a circular cross-section cantilever rod is adopted to extract the external vibration energy due to the capability of it's free end oscillating in arbitrary in-plane directions. And permanent magnets are fixed to the free end of the cantilever rod, causing it to experience a non-linear force as it moves with respect to stationary ME transducers and magnets. The magnetically coupled cantilever rod exhibits a nonlinear and two-mode motion, and responds to vibration over a much broader frequency range than a standard cantilever. The effects of the magnetic field distribution and the magnetic force on the harvester's voltage response are investigated with the aim to obtain the optimal vibration energy harvesting performances. A prototype harvester was fabricated and experimentally tested, and the experimental results verified that the harvester can extract energy from arbitrary in-plane directions, and had maximum bandwidth of 5.5 Hz, and output power of 0.13 mW at an acceleration of 0.6 g (with $g=9.8ms^{-2}$).
Kim, Chul-Min;Kim, Chang-Il;Lee, Joo-Hee;Paik, Jong-Hoo;Cho, Jeong-Ho;Chun, Myoung-Pyo;Jeong, Young-Hun;Lee, Young-Jin
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.11
no.5
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pp.206-211
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2010
Piezoelectric energy harvesting uses piezoelectric, which is able to convert unused mechanical vibration energy to electrical energy, such as with motor and machinery. The piezoelectric energy harvester was constructed with a cantilever made of lead zirconate titanate with a metal plate. The primary material was soft lead zirconium titanate (PZT-5H) due to the large strain availability, acceptable mechanical strength and high piezoelectric constant. This technique's drawback is that the energy efficiency is lower than the other energy harvesting methods, but this study increases the output electric power efficiency by analyzing a finite element method for the structure of the piezoelectric energy harvester. We manufactured two cantilever types as follows: the L-60 and L-33 bimorph piezoelectric energy harvesters. Their resulting energy harvesters were able to obtain high voltage values as follows: 27.4 mV and 40.6 mV. Moreover, these results have a similar band of resonance frequency it comparison to the simulation. Consequently, this study was confirmed with validity. The output electric powers of the L-60 and L-33 types have 3.1 mW/s and 5.8 mW/s with 47 Hz and 148 Hz of resonance frequency and then, the load resistivities were $100k\Omega$ and $10k\Omega$, respectively.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.6A
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pp.379-387
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2012
This study investigates free vibration characteristics of new energy harvesting multi-layer block structures with different geometrical shapes using solid and shell finite elements and evaluate their piezoelectric effect on experiments. The two and three-dimensional finite element (FE) delamination models for block structures described in this paper is attractive not only because it shows excellent accuracy in analysis but also it shows the entire vibration mode shape. The FE model using ABAQUS is used for studying free vibrations of multi-layer block structures for various tip mass and PZT. In particular, new results reported in this paper are focused on the significant effects of the global and local vibration modes for various parameters, such as size of block shape, existence of tip mass and hole, and location of tip mass and PZT. In addition, we evaluate the power generation capacity of developed energy block structures through a laboratory-scale experiment.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.7
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pp.867-872
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2010
Unused energy derived from sources in nature can be captured and stored for future use, for example, to recharge a battery or power a device; this process of capturing and storing energy is called energy harvesting. Extensive investigations are being carried out in order to use piezoelectricity to harvest the energy generated by body movements or machine vibrations. This paper presents a simple analytical model that describes the output voltage effectiveness of a Piezocomposite Generating Element (PCGE) from vibration and its experimental verification. PCGE is composed of carbon/epoxy, PZT, and glass/epoxy layers. During the manufacturing process, the stacked layers were cured at $177^{\circ}C$ in an autoclave, which created residual stresses in PCGE and altered the piezoelectric properties of the PZT layer. In the experiments, three kinds of lay-up configurations of PCGE were considered to verify the proposed prediction model and to investigate its capability to convert oscillatory mechanical energy into electrical energy. The predicted performance results are in good agreement with observed experimental ones.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.25
no.3
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pp.67-74
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2018
Thermoelectric thin film devices of the in-plane configuration consisting of 8 pairs of n-type $Bi_2Te_3$ and p-type $Sb_2Te_3$ legs were processed on Si submounts by electrodeposition. The thermoelectric generation characteristics of the thin film devices were investigated with respect to the apparent temperature difference ${\Delta}T$ caused by LED lighting as well as the change of the leg thickness. When ${\Delta}T$ was 7.4 K, the open circuit voltages of 6.1 mV, 7.4 mV, and 11.8 mV and the maximum output powers of 6.6 nW, 12.8 nW, and 41.9 nW were measured for the devices with the thermoelectric legs of which thickness were $2.5{\mu}m$, $5{\mu}m$, and $10{\mu}m$, respectively.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.26
no.11
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pp.831-835
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2013
In this study, we fabricated a micro $Pb(Zr,Ti)O_3$ (PZT) film piezoelectric cantilever with a Si proof mass and dual beams through MEMS process. The size of the beam and the integrated Si proof mass were about $4,320{\mu}m{\times}290{\mu}m{\times}12{\mu}m$ and $1,380{\mu}m{\times}880{\mu}m{\times}450{\mu}m$ each. To reduce the air damping and have the larger displacement of dual beams was used for design. After mounting micro PZT film piezoelectric cantilever on shaker, we measured the resonance frequency and a output voltage while making resonant frequency changed. The resonant frequency and the highest average power of the cantilever device were 110.2 Hz and 0.36 ${\mu}W$ each, at 0.8 g acceleration and 23.7 $k{\Omega}$ load resistance, respectively.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.40
no.10
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pp.1900-1911
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2015
In this paper, we introduce backscatter communication for power-limited sensors to enable long-range transmission in wireless sensor networks, and envision a way to avoid doubly near-far problem in wireless-powered communication network (WPCN) with this technology. In backscatter based WPCN, users harvest energy from both the signal broadcasted by the hybrid access point and the carrier signal transmitted by the carrier emitter in the downlink, and then transmit their own information in a passive way via the reflection of the carrier signal using frequency-shift keying modulation in the uplink. We characterize the energy-free condition and the signal-to-noise ratio (SNR) outage zone in backscatter based WPCN. Further, we propose backscatter based harvest-then-transmit protocol to maximize the sum-throughput of the backscatter based WPCN by optimally allocating time for energy harvesting and information transmission. Numerical results demonstrate that the backscatter based WPCN increases significantly the transmission range and diminishes greatly the SNR outage zone.
Kim, Moon-Keun;Hwang, Beom-Seok;Jeong, Jae-Hwa;Min, Nam-Ki;Kwon, Kwang-Ho
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.24
no.6
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pp.515-518
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2011
In this work, we designed and fabricated a multilayer thin film Pb(Zr,Ti)$O_3$ cantilever with a Si proof mass for low frequency vibration energy harvesting applications. A mathematical model of a mu lti-layer composite beam was derived and applied in a parametric analysis of the piezoelectric cantilever. Finally, the dimensions of the cantilever were determined for the resonant frequency of the cantilever. W e fabricated a device with beam dimensions of about 4,930 ${\mu}M$${\times}$ 450 ${\mu}M$${\times}$ 12 ${\mu}M$, and an integrated Si proof mass with dimensions of about 1,410 ${\mu}M$${\times}$ 450 ${\mu}M$${\times}$ 450 ${\mu}M$. The resonant frequency, maximum peak voltage, and highest average power of the cantilever device were 84.5 Hz, 88 mV, and 0.166 ${\mu}Wat$ 1.0 g and 23.7 ${\Omega}$, respectively. The dimensions of the cantilever were determined for the resonance frequency of the cantilever.
The cultivation area for domestic cabbage increased by 26.3% from 10,968 ha in 2019 to 13,854 ha in 2020, and among leafy vegetables, the cabbage cultivation area was 62%, and production was 78.9%. Demand for field crop production of cabbage, which has a relatively high-income level compared to rice farming, is increasing, and mechanization of the field operation is urgently needed due to the insufficient development of related farming machinery. In this study, a prototype fabrication and performance test of a tractor-attached cabbage collector was carried out. The transport section was divided into two parts, one for the feeding and transportation and the other for the screening and packaging to selectively collect cabbages in bulk bags or boxes. The length of the primary collecting conveyor was designed to meet the field conditions of the Korean cabbage cultivation standards so that six cultivation rows could be worked simultaneously. Power was controlled by a hydraulic transmission line of the tractor and was easily mounted onto the 3-point hitch links behind the tractor. When the performance was evaluated, the transfer rate, loss rate, damage rate, and work performance were 100, 0, 1.2%, and 1.9 h·10 a-1. Final improvement and commercialization of the prototype would considerably contribute to the mechanization of harvesting cabbage, the main ingredient of Kimchi.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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