Gerador de energia eletromagnético adaptativo por comutação de enrolamentos

Abstract

A geração de energia tem vindo a ganhar cada vez mais impacto na comunidade científica, principalmente a geração autónoma de energia (energy harvesting). Este trabalho foca-se no conceito inovador de gerador eletromagnético de energia elétrica com arquitetura em levitação magnética que incorpora instrumentação para comutar automaticamente o conjunto de enrolamentos ligados à carga elétrica em função das variações da dinâmica da excitação mecânica aplicada ao gerador. O principal objetivo deste estudo é a análise da potencialidade deste novo conceito de gerador eletromagnético instrumentado, nomeadamente através de uma estratégia de ativação ou desativação de enrolamentos que garante uma melhoria no desempenho do gerador: ligação elétrica de dois ou quatro enrolamentos à carga em função da amplitude e frequência de excitação mecânica aplicada ao gerador. Resultados experimentais mostram que é possível obter ganhos de potência de aproximadamente 80 % excluindo o consumo energético de toda a instrumentação. Resultados numéricos evidenciam ganhos energéticos superiores a 5 % mesmo incluindo o consumo da instrumentação para longos períodos de operação do gerador. A inovação aqui apresentada pode conduzir a impactos significativos na área de geração autónoma de energia elétrica nos próximos anos, tanto para aplicação de pequena como de grande escala.

The significant impact of energy harvesting has been experienced by scientific community. This work is focused on an innovative concept of electromagnetic harvesting system with an architecture that incorporates instrumentation to automatically enable or disable each of its coils that are connected to an electric load as a function of the dynamic variations of the mechanical power sources exciting the harvesting system. The main goal of this study is to analyse the innovative potential of this new concept of instrumented electromagnetic harvester, namely using an strategy to enable or disable coils that enhance the harvester performance: electric connection of two or four coils to the load as a function of the amplitude and frequency of the mechanical excitation driving the harvesting system. Experimental results highlight that power gains around 80 % can be achieved if power consumption of all instrumentation is disregarded. If power consumption if considered, numeric results show power gains higher than 5 %, including for long operation periods.The innovation here proposed can conduct to significant impacts in the self-powering in the forthcoming years both small- and large-scale.