Effect of parametric uncertainties on the performance of a piezoelectric energy harvesting device

The use of piezoelectric materials for the development of electromechanical devices for the harvesting or scavenging of ambient vibrations has been extensively studied over the last decade. The energy conversion from mechanical (vibratory) to electrical energy is provided by the electromechanical coupling between mechanical strains/stresses and electric charges/voltages in the piezoelectric material. The majority of the studies found in the open literature present a tip-mass cantilever piezoelectric device tuned on the operating frequency. Although recent results show that these devices can be quite effective for harvesting small amounts of electrical energy, little has been published on the robustness of these devices or on the effect of parametric uncertainties on the energy harvested. This work focuses on a cantilever plate with bonded piezoelectric patches and a tip-mass serving as an energy harvesting device. The rectifier and storage electric circuit was replaced by a resistive circuit (R). In addition, an alternative to improve the harvesting performance by adding an inductance in series to the harvesting circuit, thus leading to a resonant circuit (RL), is considered. A coupled finite element model leading to mechanical (displacements) and electrical (charges at electrodes) degrees of freedom is considered. An analysis of the effect of parametric uncertainties of the device on the electric output is performed. Piezoelectric and dielectric constants of the piezoelectric active layers and electric circuit equivalent inductance are considered as stochastic parameters. Mean and confidence intervals of the electric output are evaluated.

Design methodology of piezoelectric energy-harvesting skin using topology optimization

Abstract This paper describes a design methodology for piezoelectric energy harvester s that thinly encapsulate the mechanical devices and expl oit resonances from higher- order vibrational modes. The direction of polarization determines the sign of the pi ezoelectric tensor to avoid cancellations of electric fields from opposite polarizations in the same circuit. The resultant modified equations of state are solved by finite element method (FEM). Com- bining this method with the solid isotropic material with penalization (SIMP) method for piezoelectric material, we have developed an optimization methodology that optimizes the piezoelectric material layout and polarization direc- tion. Updating the density function of the SIMP method is performed based on sensitivity analysis, the sequen- tial linear programming on the early stage of the opti- mization, and the phase field method on the latter stage

Analisi e simulazione di un convertitore a tre livelli per applicazioni di potenza

La tesi presenta l'analisi del funzionamento di un inverter a tre livelli di tipo diode-clamped, confrontando tra loro varie tecniche di modulazione e valutandone l'efficienza (per ulteriori informazioni contattare matteo.toffano@gmail.com).

Analisi e ottimizzazione termodinamica del sistema di generazione di potenza di un impianto solare a concentrazione ibrido

Impianto solare termodinamico a concentrazione per la produzione di energia elettrica.

Setup sperimentale per l'analisi di rumore in dispositivi MOSFET di potenza

Progettazione dell'amplificatore, allestimento del banco di misure e misurazione del rumore di drain nei MOSFET di potenza

Approccio combinato geo-location database e sensing per individuare i livelli di potenza trasmissibili da white space device

La Cognitive Radio �� un dispositivo in grado di reagire ai cambiamenti dell���ambiente radio in cui opera, modificando autonomamente e dinamicamente i propri parametri funzionali tra cui la frequenza, la potenza di trasmissione e la modulazione. Il principio di base di questi dispositivi �� l���accesso dinamico alle risorse radio potenzialmente non utilizzate, con cui utenti non in possesso di licenze possono sfruttare le frequenze che in un determinato spazio temporale non vengono usate, preoccupandosi di non interferire con gli utenti che hanno privilegi su quella parte di spettro. Devono quindi essere individuati i cosiddetti ���spectrum holes��� o ���white spaces���, parti di spettro assegnate ma non utilizzate, dai quali prendono il nome i dispositivi.Uno dei modi per individuare gli ���Spectrum holes��� per una Cognitive Radio consiste nel cercare di captare il segnale destinato agli utenti primari; questa tecnica �� nota con il nome di Spectrum Sensing e consente di ottenere essenzialmente una misura all���interno del canale considerato al fine di determinare la presenza o meno di un servizio protetto. La tecnica di sensing impiegata da un WSD che opera autonomamente non �� per�� molto efficiente in quanto non garantisce una buona protezione ai ricevitori DTT che usano lo stesso canale sul quale il WSD intende trasmettere.A livello europeo la soluzione che �� stata ritenuta pi�� affidabile per evitare le interferenze sui ricevitori DTT �� rappresentata dall���uso di un geo-location database che opera in collaborazione con il dispositivo cognitivo.Lo scopo di questa tesi �� quello di presentare un algoritmo che permette di combinare i due approcci di geo-location database e Sensing per definire i livelli di potenza trasmissibile da un WSD.

Modelli termici per componenti elettronici di potenza

L'elaborato illustra una serie di modelli termici, che si differenziano principalmente per la loro accuratezza e velocit�� di calcolo, per essere in grado di scegliere il modello pi�� adatto da utilizzare in relazione all'applicazione prevista e alle esigenze richieste. Per una migliore comprensione del problema, vengono introdotti inizialmente alcuni concetti generali legati alle temperature in gioco nei componenti elettronici di potenza e alla trasmissione del calore, poi si passa alla determinazione della sorgente del calore (ovvero le perdite) in un modulo IGBT. Vengono quindi descritti alcuni modelli che siano in grado di rappresentare il sistema in esame dal punto di vista termico. Infine viene implementato in Simulink uno dei modelli proposti, mettendo cos�� in pratica gran parte dei concetti esposti. Per il calcolo delle perdite, per i modelli e per la simulazione ci si �� concentrati su un determinato componente elettronico di potenza per entrare nel cuore di un problema termico. �� stato scelto l���IGBT perch�� �� un dispositivo relativamente nuovo, in continuo miglioramento ed �� sempre pi�� utilizzato.

Progettazione, caratterizzazione e calibrazione di un sensore di tensione contactless per smart metering

Progettazione di un sistema di misura contactless per la tensione, da integrare in un nodo sensore di una Wireless Sensor Network per Smart Metering Distribuito

Modellizzazione e simulazione di convertitori di tipo Z-Source

analisi dell'approccio semplificato e introduzione ad un nuovo approccio, considerando le tensioni sui condensatori e le correnti sulle induttanze non pi�� costanti. determinazione e analisi dei ripple di corrente sulle induttanze e tensioni sulle capacit��. confronto fra i risultati teorici del nuovo approccio e quelli ottenuti attraverso le simulazioni effettuate con Simulink. analisi di funzionamento e dimensionamento dei componenti

Realizzazione di un'interfaccia universale in tecnologia Bluetooth Low Energy per sensori integrati

Lo scopo dell���elaborato di tesi �� la progettazione e lo sviluppo di un���applicazione per il modulo Bluetooth Low Energy (BLE) Texas Instrument CC2650 in grado di leggere le informazioni da un sensore analogico, tramite un Analog-Digital- Converter (ADC), e di scambiare i dati con uno smartphone Android in tempo reale. L���interfaccia realizzata deve essere universale, ovvero dovr�� essere compatibile con sensori di diverso tipo, facilmente estensibile per l���aggiunta di un numero maggiore di periferiche di lettura e utilizzabile con un ampio numero di dispositivi.

Studio e ottimizzazione di un riduttore aeronautico di potenza per motori alternativi

Come ogni campo dell'ingegneria, anche quello inerente allo sviluppo di motori aerei, �� in continuo sviluppo, e, di volta in volta, la progettazione richiede nuove soluzioni per rendere sempre pi�� efficienti ed affidabili i velivoli, mantenendo ridotti i costi di produzione e manutenzione. In particolare, si �� pensato di porre rimedio a queste molteplici necessit�� introducendo l'utilizzo di motori diesel di derivazione automobilistica: economici dal punto di vista della manutenzione e della produzione, in quanto largamente diffusi e testati, ben si prestano all'adattamento ad uso aeronautico. Nel caso specifico del progetto che intendo affrontare, si tratta di un motore Audi V12 tdi, elaborato fino a raggiungere i 900 hp e velocit�� su albero motore 5,000 rpm. Naturalmente, l'adattamento di tale motore implica una riprogettazione del riduttore, affinch�� si ottenga in uscita una velocit�� di 1185 rpm. Infatti, la rotazione dell'elica non dovrebbe mai superare i 2700-2800 giri al minuto, in quanto ad una velocit�� di rotazione superiore, le pale dell'elica raggiungerebbero una velocit�� prossima a quella del suono, creando rumori insopportabili e fastidiose vibrazioni, nonch�� la perdita dell'efficacia dell'elica stessa. La mia tesi nasce dal lavoro precedentemente sviluppato da un mio collega, il quale aveva elaborato un riduttore in grado di modificare la potenza in entrata da 600 a 900 hp, riprogettando le ruote dentate e selezionando nuovi cuscinetti, pur mantenendo i carter iniziali, opportunamente modificati. Il mio obiettivo �� quello di elaborare ulteriormente il compito da lui svolto, sviluppando un nuovo riduttore in grado di utilizzare sempre la potenza in entrata di un motore da 900 hp ma di rendere il riduttore nel suo insieme, pi�� compatto e leggero possibile.