KCI등재
SCIE
SCOPUS
A Hybrid Self-Powered System Based on Wind Energy Harvesting for Low-Power Sensors on Canyon Bridges
저자
Hao Cao (Southwest Jiaotong University) ; Xiaoping Wu (Southwest Jiaotong University) ; Hao Wu (Southwest Jiaotong University) ; Yajia Pan (Southwest Jiaotong University) ; Dabing Luo (Southwest Jiaotong University) ; Ali Azam (Southwest Jiaotong University) ; Zutao Zhang (Southwest Jiaotong University)
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2023
작성언어
English
주제어
등재정보
KCI등재,SCIE,SCOPUS
자료형태
학술저널
수록면
167-192(26쪽)
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제공처
Canyon cross wind has great potential to be transformed into electricity to power for low-power sensors of the health monitoring devices in bridge field. In this paper, a hybrid wind energy harvesting system (WEHS), integrating piezoelectric and electromagnetic mechanisms, is proposed to supply power for low-power sensors on canyon bridges. Firstly, the S-rotor embedded with a one-way bearing converts wind energy into rotational mechanical energy. Then, the piezoelectric cantilever beam and coils simultaneously convert mechanical energy into electricity under the excitation of the rotational magnet array. For the piezoelectric transducer, the symmetrical poles arrangement of tip magnet reduces the starting wind speed and resistance torque during energy harvesting. In addition, the relationship between different number of excitation magnets and the output of the piezoelectric transducer is explored. Finally, the output electricity is stored in the capacitors to supply power for low power sensors. The experimental results showed that the symmetrical poles arrangement of tip magnet could effectively reduce the starting resistance torque and improve the output power at low wind speeds. Given a wind speed of 6.5 m/s, the maximum output power of the WEHS can reach 19.24 mW with corresponding electrical energy of 75.714 mJ in one sweep period (6 s). The field test results demonstrated that the WEHS could effectively charge for the capacitors and power for a hundred LEDs. Furthermore, the mechanical durability and stability of the WEHS are verified by introducing a self-powered low power sensor system.
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