Návrh konstrukce resonančního mechanismu valivého generátoru elektrické energie
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Návrh rezonančného mechanizmu valivého generátora elektrickej energie pre budenie nízkymi frekvenciami, je dôležitý pre účely napájania snímacích prvkov použitých v morských bójach, slúžiacich k monitorovaniu morí a oceánov. Táto práca poskytuje prehľad rezonančných mechanizmov založených na princípe pohybu v rovine, z ktorého následne čerpá inšpiráciu pre návrh valivého rezonančného mechanizmu, vhodného pre budenie morskými vlnami nízkej frekvencie, pričom v tomto návrhu zabraňuje prešmyku pri valení použitím vnútorného ozubeného prevodu. Najskôr sa zaoberá analýzou slúžiacou k pochopeniu správania sa navrhovaného mechanizmu, a taktiež k určeniu jeho vlastnej frekvencie, po ktorej nasleduje návrh a výroba laboratórneho modelu tohto rezonančného mechanizmu bez preklzu, s vlastnou frekvenciou 0,84 Hz, ktorú je možné v budúcnosti naladiť zmenou rozmerov rezonátora. Následne je skúmaná funkčnosť a chod vyrobeného laboratórneho modelu, po zvládnutí ktorej je tento model testovaný pri harmonickom budení za pomoci robotického ramena, kde sa javí ako vhodný pre použitie v morských bójach. Pri testovaní je taktiež prevedený predpoklad generovaného výkonu pri dvoch rôznych dvojiciach cievok, v ktorých sa na základe princípu elektromagnetickej indukcie generuje elektrická energia. Pri harmonickom budení s amplitúdou ±20° okolo osi z v rezonančnej oblasti dosiahol vyrobený mechanizmus s použitím sériovo zapojených cievok s odporom 332 a ideálnym usporiadaním magnetov generovaný výkon 1,81 mW, pričom v budúcnosti sa predpokladá väčší generovaný výkon použitím vhodne navrhnutých cievok.
A significantly important part in sea monitoring is to find the right choice of electric generator to power sensors in ocean buoys. This Bachelor’s thesis introduces a design of resonance mechanism for rolling mass energy harvester running on very low excitation frequencies, which are present in a marine environment. Firstly, there is research about energy harvesters based on planar motion, from which a prototype of resonance mechanism has been designed, based on a proof of mass, rolling in an internal gear. Second, after a proper analysis of proposed mechanism, a final resonance mechanism design for a rolling mass energy harvester has been made, with a natural frequency of 0,84 Hz. This mechanism can be adjusted by changing the gear or steel tube parameters to fit different objectives. Third, a physical prototype realization of the proposed mechanism was generated and successfully tested on a robot arm. To generate an electricity the energy harvester utilizes electromagnetic induction, which was tested on two pairs of coils. The prototype produced on average 1,81 mW of power undergoing harmonic excitations with an amplitude of ±20° around the Z axis at resonance frequency in serial wired coils with 332 resistance. The conclusion of the experimental measurements suggests that a proposed energy harvester is suitable for self-powered ocean buoys and can generate more electricity when a coil is fully optimized.
A significantly important part in sea monitoring is to find the right choice of electric generator to power sensors in ocean buoys. This Bachelor’s thesis introduces a design of resonance mechanism for rolling mass energy harvester running on very low excitation frequencies, which are present in a marine environment. Firstly, there is research about energy harvesters based on planar motion, from which a prototype of resonance mechanism has been designed, based on a proof of mass, rolling in an internal gear. Second, after a proper analysis of proposed mechanism, a final resonance mechanism design for a rolling mass energy harvester has been made, with a natural frequency of 0,84 Hz. This mechanism can be adjusted by changing the gear or steel tube parameters to fit different objectives. Third, a physical prototype realization of the proposed mechanism was generated and successfully tested on a robot arm. To generate an electricity the energy harvester utilizes electromagnetic induction, which was tested on two pairs of coils. The prototype produced on average 1,81 mW of power undergoing harmonic excitations with an amplitude of ±20° around the Z axis at resonance frequency in serial wired coils with 332 resistance. The conclusion of the experimental measurements suggests that a proposed energy harvester is suitable for self-powered ocean buoys and can generate more electricity when a coil is fully optimized.
Description
Keywords
Energy harvesting, Valiaca sa hmota, Vnútorné ozubenie, Nízke frekvencie, Monitorovanie mora, Bóje, Monitorovanie oceánu, Elektromagnetická indukcia, Energy harvesting, Rolling mass, Internal gear, Low frequency, Sea monitoring, Self-powered ocean buoy, Ocean wave energy harvester (OWEH), Electromagnetic induction
Citation
KVAŠŠAY, M. Návrh konstrukce resonančního mechanismu valivého generátoru elektrické energie [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2022.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Mechatronika
Comittee
doc. Dr. Ing. Kazimierz Peszyński (předseda)
doc. Ing. Zdeněk Hadaš, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Radek Vlach, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Lošák, Ph.D. (člen)
Ing. Zdeněk Majer, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Procházka, Ph.D. (člen)
doc. Ing. František Šebek, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2022-06-21
Defence
Student ve vymezeném čase prezentoval svoji bakalářskou práci, dále byly přečteny posudky a zodpovězeny dotazy oponenta. Poté byly členy komise položeny následující otázky související s bakalářskou prací: Jaká byla velikost vzduchové mezery mezi cívkou a magnety a hodnotil jste její vliv na odezvu generátoru? Jakým způsobem byste postupoval při minimalizaci tření v ozubení? Šlo by generátor realizovat i bez využití ozubení? Bylo použité ozubení evolventní a zvažoval jste použití jiného typu ozubení? Uvažoval jste konstrukční řešení, které by využívalo více cívek na každé straně?
Po zodpovězení všech dotazů byla obhajoba celkově hodnocena jako výborná / A.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení