طراحی و بهینه سازی برداشت کننده انرژی پیزوالکتریک آونگ محور تعبیه شده در پره های چرخ برای سامانه های حسگر خودتامین تایر

فناوری های برداشت انرژی باهدف بازیابی انرژی مکانیکی هدررفته توسعه یافته اند و به طورکلی به سه دسته پیزوالکتریک، الکترومغناطیسی و الکترواستاتیکی تقسیم می شوند. در میان این روش ها، برداشت کننده های پیزوالکتریک به دلیل سادگی ساختاری، مقیاس پذیری و چگالی انرژی بالا، از جذابیت ویژه ای برخوردارند.در این پژوهش، یک سامانه نوین برداشت انرژی پیزوالکتریک مبتنی بر ارتعاش ارائه می شود که درون پره های چرخ خودرو یکپارچه شده و به منظور تامین پیوسته انرژی موردنیاز سامانه های حسگر تایر خودتامین طراحی شده است. در این طرح، یک آونگ در داخل هر پره تعبیه شده است که در حین چرخش چرخ نوسان کرده و به صفحات تعبیه شده در دو طرف برخورد می کند؛ این برخوردها موجب تحریک لایه های پیزوالکتریک نصب شده بر روی صفحات شده و انرژی ارتعاشی را به توان الکتریکی تبدیل می کنند.حذف استفاده از چسب و محل قرارگیری صفحات پیزوالکتریک، در مقایسه با پیکربندی های متداول مبتنی بر کرنش که بر روی آستر داخلی تایر نصب می شوند، به طور قابل توجهی یکپارچگی ساختاری، دوام و ایمنی عملیاتی را بهبود می بخشند. معادلات حاکم حل شده و نتایج به دست آمده با تحلیل اجزای محدود انجام شده در نرم افزار کامسول اعتبارسنجی شده اند.پیکربندی پیشنهادی، توان خروجی متوسطی را فراهم می کند که نسبت به طرح های گزارش شده قبلی مبتنی بر چرخ، بین ۲ تا ۲۰٬۰۰۰ برابر بیشتر است، درحالی که عملکردی پایدار در بازه سرعت ۲۰ تا ۱۲۰ کیلومتر بر ساعت، موردنیاز برای کاربردهای سامانه پایش فشار تایر، حفظ می شود. همچنین، به کارگیری بهینه سازی مبتنی بر الگوریتم ژنتیک، عملکرد سامانه را به میزان ۸۲٫۲۷٪ بهبود داده و امکان پذیری این طرح را برای فناوری های نسل آینده تایرهای هوشمند تایید می کند.

کلیدواژه ها:

برداشت انرژی ، برداشت کننده پیزوالکتریک مبتنی بر ضربه ، مکانیزم مبتنی بر آونگ ، یکپارچه سازی با پره های چرخ ، سامانه پایش فشار تایر خودمختار