Un nanogenerador triboeléctrico que utiliza un mecanismo de manivela basculante combinado con una estructura de voladizo de resorte para la recolección eficiente de energía y aplicaciones de detección autoalimentadas
Autores: Wang, Xinhua; Xu, Xiangjie; Sun, Tao; Yin, Gefan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Un nanogenerador triboeléctrico que utiliza un mecanismo de manivela basculante combinado con una estructura de voladizo de resorte para la recolección eficiente de energía y aplicaciones de detección autoalimentadas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Automatización industrial
Recolección de energía vibracional
Nanogeneradores triboeléctricos
Mecanismo de manivela-biela
Amplificación de palanca
Fabricación inteligente
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
Con el avance de la automatización industrial, la energía vibratoria generada por la maquinaria durante su funcionamiento a menudo no se aprovecha. Por lo tanto, es esencial desarrollar dispositivos eficientes para la recolección de energía vibratoria. Los nanogeneradores triboeléctricos (TENGs) basados en estructuras de resorte y viga en voladizo muestran un considerable potencial para la recolección de energía vibratoria industrial; sin embargo, los diseños tradicionales a menudo no logran aprovechar completamente la energía vibratoria debido a sus limitaciones estructurales. Este estudio propone un nanogenerador triboeléctrico (TENG) basado en un mecanismo de manivela-balancín y una estructura de resorte en voladizo (CR-SC TENG), que combina un mecanismo de manivela-balancín con una estructura de resorte en voladizo, diseñado tanto para la recolección de energía como para la autoalimentación del sensor. El CR-SC TENG incorpora una viga de resorte en voladizo, un mecanismo de manivela-balancín y principios de amplificación de palanca, lo que le permite responder de manera sensible a vibraciones de baja frecuencia y pequeña amplitud. Utilizando los efectos de manivela-balancín y palanca, este dispositivo amplifica significativamente las microamplitudes, mejorando la eficiencia de captura de energía y haciéndolo adecuado para entornos industriales de baja amplitud y complejos. Los resultados experimentales demuestran que este diseño amplifica efectivamente las microvibraciones y mejora notablemente la eficiencia de conversión de energía dentro de un rango de frecuencia de 1-35 Hz y un rango de amplitud de 1-3 mm. Como sensor, las unidades de doble generación del CR-SC TENG producen señales de salida que reflejan con precisión las frecuencias de vibración, lo que lo hace adecuado para el monitoreo inteligente de equipos industriales. Cuando se coloca en un compresor de aire que opera a 25 Hz, la primera unidad de generación logró un voltaje de salida de 150 V y una corriente de 8 A, mientras que la segunda unidad de generación produjo un voltaje de salida de 60 V y una corriente de 5 A. Estos hallazgos sugieren que el CR-SC TENG, aprovechando las vigas de resorte en voladizo, los mecanismos de manivela-balancín y la amplificación de palanca, tiene un potencial significativo para la recolección de energía de microamplitud y podría desempeñar un papel clave en la fabricación inteligente, las fábricas inteligentes y el Internet de las cosas.
Descripción
Con el avance de la automatización industrial, la energía vibratoria generada por la maquinaria durante su funcionamiento a menudo no se aprovecha. Por lo tanto, es esencial desarrollar dispositivos eficientes para la recolección de energía vibratoria. Los nanogeneradores triboeléctricos (TENGs) basados en estructuras de resorte y viga en voladizo muestran un considerable potencial para la recolección de energía vibratoria industrial; sin embargo, los diseños tradicionales a menudo no logran aprovechar completamente la energía vibratoria debido a sus limitaciones estructurales. Este estudio propone un nanogenerador triboeléctrico (TENG) basado en un mecanismo de manivela-balancín y una estructura de resorte en voladizo (CR-SC TENG), que combina un mecanismo de manivela-balancín con una estructura de resorte en voladizo, diseñado tanto para la recolección de energía como para la autoalimentación del sensor. El CR-SC TENG incorpora una viga de resorte en voladizo, un mecanismo de manivela-balancín y principios de amplificación de palanca, lo que le permite responder de manera sensible a vibraciones de baja frecuencia y pequeña amplitud. Utilizando los efectos de manivela-balancín y palanca, este dispositivo amplifica significativamente las microamplitudes, mejorando la eficiencia de captura de energía y haciéndolo adecuado para entornos industriales de baja amplitud y complejos. Los resultados experimentales demuestran que este diseño amplifica efectivamente las microvibraciones y mejora notablemente la eficiencia de conversión de energía dentro de un rango de frecuencia de 1-35 Hz y un rango de amplitud de 1-3 mm. Como sensor, las unidades de doble generación del CR-SC TENG producen señales de salida que reflejan con precisión las frecuencias de vibración, lo que lo hace adecuado para el monitoreo inteligente de equipos industriales. Cuando se coloca en un compresor de aire que opera a 25 Hz, la primera unidad de generación logró un voltaje de salida de 150 V y una corriente de 8 A, mientras que la segunda unidad de generación produjo un voltaje de salida de 60 V y una corriente de 5 A. Estos hallazgos sugieren que el CR-SC TENG, aprovechando las vigas de resorte en voladizo, los mecanismos de manivela-balancín y la amplificación de palanca, tiene un potencial significativo para la recolección de energía de microamplitud y podría desempeñar un papel clave en la fabricación inteligente, las fábricas inteligentes y el Internet de las cosas.