In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we r  Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S )  V o l.  10, N o.  1, Mar ch 20 19,  p p.  562~ 5 6 7   IS S N : 2088- 86 94,  D O I :   10.11 59 1 /ij ped s . v10 . i 1.pp 5 62- 56 7           562     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   Power generation by usi n g pi ezoelectri c tran sducer with  bending mechanism   support       Anis  M a i s a r a h Mo hd Asry , Fa r a h iy a h   M ust a f a ,   Ma izul  I sh ak ,   Azniz am  A h m ad   Facul t y o f  E ngineering Technol ogy,  Univers iti Tun Hus s ein Onn M al ays i a, M al ay si a       Art i cl e In fo     ABSTRACT A r tic le hist o r y :   R e c e i v e d  Sep  1 7 ,  2 018  Re vise d N ov  2 9 ,   201 8   A c c e pte d   D ec 17,  2 0 1 8       Th is   p a p er  p r e se nt s  abou t  po wer  g e nerat i on   b y  us i n g   p i ezoel ectr ic  t ran s du cer  with   b en din g   m ech anis m   su p p ort.   I n  t h i s   s tu dy,   b en din g   m ech anis m  i s   dev e lo ped  b y   e m p l oying   3 D   p r in ter  tech no log y .   T h is  3 D   m odel   is   use d   a s  a   su pp ort  f o r  a  piezo elect ric  t r ansd ucer  d uri n g   de fl ec t i o n   o r  b e n di ng   p ro cess .   During  d efl ect ion  condition,  s tr ess  that  a ppli e d  on  t he  p iezoel ect ri c   tran sd ucer  w il l  gen e rate  e lectri cal  e nerg y.  T h e   3 D  m o d e l  help s  the  pi ezoel e c t r ic  t rans ducer  t o  p r od uce  m o re  v ol tage  o ut pu t.   A   f in g er  p ress  t e st  u s e d   a s  e v a l ua tio n   m e t ho d  for   th e   vo lta ge   o utpu t  o f   t h e   p i e z o e l ect ric   tran sd ucer.  Th e  exp e ri m e nt   i s  test ed  b y   vary in g   th ree  d i f f e rent  3 D   m o d e l   with   t he  d iff e rent   d i a m e t e r  f o r  th e  mid d le  h o l e  fo r  each  o f   t h e  m o d e l .   A   rou n d   sh ape  of   t he  p iezo elect ric  t r ans ducer  w ith  s i ze  of  5 0   m m   in   d i a me te r   i s   us ed  t o  con d u c t   t h e  ex peri m e nt.   Th us,  w h en   t h e   p iezoel ectri c   tr an sd ucer   pl aced  o n  t h e  3 D   m o d el  w it h   0   m m   in   d iam e ter  o f   m id dle  hol e  wi l l  p r od uc in g  5.4   V  vo lta g e   ou tp ut .  Ho we v e r, 3 D m o d e l  with  3 0   mm   d i am eter o f   m i d d l e   h ole ,   t h e   out pu t  in creases  u p   t o   1 9 . 0  V.   T he  o ut put  v o l t ag e  f o r  pi ezoel e c t r ic  t rans du cer  r e ach ed   i t s   h ig hest   v o l tage  w h e n   p l ace d  on   t h e   3 D   m o d e l  wit h   m iddle  ho le  o f   4 0   m m   wh ich  is   3 4. 4   V .   T h i s  b e nd in g  m ech anis m  can  b e  used   t o  increas e  t h e  o u t p u t   o f   piezo electri c  t r an sd ucer  as  it  appl ied  underneath  f o otstep  tile  a t  c r owde d  area  t o  harvest   t h e  e n ergy  prod uc e d   f ro m   wal k i ng  activities.   T he  p o w er  g en erated  can   b e  u s ed   t o  p o wer  u p   v ari ous   elect roni c d e v i ces .  K eyw ord s :   3D  m odel    Be nd ing  me ch ani s m     De fl ect io   Pi e z o e l ect ri c t r an sd u c e r   Re new a b l e   ene r gy    Co pyri gh t © 2 019 In stit u t e  of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   F a rahiya h  Mus t afa,    F a cult y   o f   E ngine er in g Te ch n o l ogy,    U n i v ersi ti   T un  H u ssei n  O nn  Ma lays ia,  H ub P e ndi d i ka n Ti n g g i   P a g o h,  86 4 00 P a ncur,   Joh o r,  Mala y si a.  Em ail:  far a hi y a h@ u t hm. e du. m y       1.   I N TR OD U C TI O N   I n   o ur  d a i ly   a c t i v itie s,   e ne rgy   has  be cam e  t h e  most  b as ic  n e e d  due   t o  e n e r gy  dem a nd  h a s  risin g   u p   day  b y   d a y .  Thi s   h a ppe ne d  be cau se   o f  t h e   gr ow t h   o f  hu m a n  po p u la t i o n   n ow ada y s.   S our ces  o f  e n e r gy  t h es e   day s   a r e   i ns u f ficie n t  t o   s up po r t   t he   d em an d.  I n  o r der  t o   s o l ve  th i s   p r o b l e m ,   anot her  a l te rnat ive   s ource s  nee d   to  b e   pr od uce d   t o  s u p por t   t h e  i n s u ffic ie nt   s ourc e s.  T he  b e s t  w a y  i s   b y   i m plem en t i n g   r e new a ble  e n e r gies.  Th e s e   en ergi es  n eed   t o   b e   h a r v e st  b ef o r e  b e i ng  u s ed .  En e r g y   h a r v e stin g  tha t   a l s o  kn ow n   as  e nerg y   scave n g i ng is t he  p r o cess of  e nerg y ca pt urin g or  d e r iv ing the   e ner gy from   e xter nal s our ces,   a ccum u la ti ng a n d   stor i n g  the   e n e r gy  for t h e   late r  use  [1], [2] .  B y  h a r v e s t i n g   t h i s  r e n e w a b l e  e n e r g y ,  t h e  e l e c t r i c i t y  c a n  b e   g e n erat e d   w i t hou t   gi vin g   n e g a tive  impa ct s  o n   t h e   e nv i r o n me nt.   The  qua li ty  o f  hum an  l i f e   i s   i nc rea sed  due   t o  t h e   de ve l opm ent  of  m edica l   tech n o l o gy  a n d  t h e  grow th  o f  t h e  h u m a n  p o p u l at i on.  T he   e ne rgy  t ha t  ca n  be  g e n era t e d   t o  fu lfi l   t he   d em and   nee d s  thr oug h  t h e   grow th  o f  hum an  pop u l at io n.  B y  u s i n g  t h e  h u m a n  fo ot ste p ,   usefu l   e ne rgy  c a n   b e   ha rve s t   and  c r ea te   e le ctric i t y   f or  n o n -r enew able  e nerg y  r e place me nt.  Th i s   t yp e   of   r e n ewa b l e   e n e rgy   does   no t  depe n d i n g  or   r e l y i n g   o n  c l i m a t e   or  w ea th e r   c on d i t i on.  I n  orde r  t o   i nv ent   a  free   p o l l ut i o n   tec h nol o gy,  a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       P o wer ge nera t i on by usi ng pi e z oe l e ctr i c  tr a n sd ucer wi t h   b e nd i ng  m e ch an ism   …  ( A ni s M a isar a h   M ohd  Asry)  56 3 trans duce r   i s  use d   t o  harve s t   the   ener gy  so ur ce.   T he  t ra ns du c e r   u s e d   i s  p i e z o e l e c t r i c  t r a n s d u c e r .  T h i s   trans duce r   i s   use d   t o   de t e c t   v ibra t i o n   o r  pr essure  t ha t  app l ied   on  i t   t o  ge ne rate   e le ctr i ci t y   [ 3] .  Th i s   piez oe l e c t ric  c onve rts  me ch a n ica l   e nerg y  e x erte d  b y   p re ssure   or   f orc e   i nt o  e l ec tric al  e ner gy  a n d  use d   f or  ot her  sma l l  e l e c t r o n i c   de vic e s   or   b e i ng  s t or ed  i n  t h e  s t ora g e  c om partm e n t s  [4] . The  o u t put vo lta ge   a n d   c urre nt   t h at  g en era t e d  f ro m p i ez o e l e c t ri c   t r an sdu c e r  a re  s ma l l .   The   piez oe lect ric  trans d uce r   i s  c o mple te ly  d e p e n di n g   o n  c r yst a l l i ne  s tru c ture.   Th is  p ie zoe l e c t r i c   trans duce r   c o n s is ts  o f  posi t i v e   a n d  nega ti ve  c har g es.  T h ere f ore ,  wh en   t he   f o r ce   o r  p r es su re  a re   a p p li ed ,  ma gni tude   o f  the   p o l ariza t i o n  c a n   b e  de t e rm i n e d .  D u r i n g   norm a l  c o n d i t i on  or   w i t h o u t   s tress  or  s trai n  con d i t i on,   p i e z o e l e c t ric  tra n sduc er  w ill  s t ay   w ith  n eu tral  c har ge   a s  t h ere   is  n o  p o t e n tial  di ffere n ce  pr o duce d   w h en  n e g at i v e  and p o s i t i ve  ch a rges  i s  bala nc e d  for  bo t h si d e s [ 5] .  Dire ct  p iez o el ec t r i c   e f f ec t   an d  c onv e r se  p ie zoelec tric  e ffe c t   a r e  t w o  m a i n   c a t e g o r y   o f  p i e z o e l ect ri c  effec t   [ 5],  [6].  T he   d i r ect  p iez o elec tric   e ffec t   is  a ls o  k n ow n  a s   g ener at or  o r  tra n sd uc er  e ffe ct  t o  i l l u s t r a t e   t he  abi l i t y   b y  c o n v e r t i n g   m ec ha n i c a l   e nerg y   int o   e lec t r i c a l   e nerg y  [5]- [7].   O n  t h e   o t her   ha nd,   t he   c o nve rse   p i e z o e l ect ri c   e f f ect   i s  t h e  i n verse   ab i lit y  of   t h e   d i r ec t  pi ezo el ect ri c  eff e c t   w h i ch   i t   co nve rt s  el ect ri c a l   en e r gy  in to  m e c han i ca l ene r g y  [5],  [7] , [ 8] . Thi s  converse piez o electr ic  effec t   als o  kn o w n   a s m o to r   or  a c t ua tor   ef fec t .   Th e  p i ezo el ectri c   t r an sdu c e r   c o n v e rt s  th e   me c h ani cal   e n e rg y   f r o m   t h e  pre s sur e   t ha t  a p p lie d  o n   i t  t o   g e n e rat e   t h e   e l e ct r i ca l  e n ergy   b y   e m p l oy i n g   t h e  pi ezo e l ect ri c   e f f ect   h as  r ec ei v e d   a  c o n s id e r a b l e   r ese a r c h   atte n t ion.   C urre ntl y ,   the stu d i e s foc u s on us i n g a s i n g le p ie zo el ect ri c   mo du l e .  Th ere   a r e   s o me   r es ea rch e s  h a v e   bee n   c o n duc te d  by  de ve lo p i n g   a   p r o tot y pe  t ha t  u t i liz i n g   t h e   h u m an  f oo ts t e p  tha t   s tr ikes   t o   t h e  p i e z o ele c tric  bea n   w hic h   d e v e l o p e d   b y  M.  R e n au d  a nd  hi s  team   [ 9].   The i r   r e sea rch  resu lts  showed  6 00μW  h arves t ed  f r o m  the   1 0 H z   f re q u enc y   a n d   10c m   am plitu de   l i n ea r  m o t i on.   A no ther  r e sea r ch  c on d u cte d   b y   M .   F e rra ri  e t. al  h as   bee n   i m p r ove d   by   c om in g  ou t  w i t h   a   p ro t o t ype   o f  a n   a uto nom o u s   b attery-les s   se ns or   m odule  [ 10].  T his   modu le  s ucc e s s fu l l y  ha rves te d  3 5 m W   o f  e l e c t r i c a l   p ow er  a nd   p ow e r  up  t h e   se n s or   m od ule  a n d  sen d   t he  d a t a   w ithi n   a  r ange  o f 2 5 m   in  a  la bor at ory e n v i r o nme n t .    A . M.  A bda l  a nd  h i s  tea m   c rea t ed  t he  p ie zoelec tric  p re -stressed  be nd ing  me cha n ism  for  I m pa ct- D r iven  E nerg y   H a rve s te r  [11 ] .  This  p r e -stresse d  p i ezoe l e c tric  b en d i ng  me chani s m   is  d es ig ne d  t o   f u r the r   impro v e   an d  m a xim i z e   t he  o u t pu t  w a t t a g e   ge nera t e d  b y   p i e z o e l e c t ric  c o m p ar ing  to  u ns tressed  p i ez oelec t r i c .   T h i s  p i e z o e l e c t r i c  c a n  h a r v e s t  a r o u n d   7 0   A C  V   a t   o p e n  c i r c u i t   m ea sur e m e nt  b y  us i n g  sug g es te d  m e c h an ism   and   af t e r  re ct ify i ng   t he  m ax i m um   D C  pow e r   o f  5 3 m W   w ith  a   l oa d  o f  70 0Ω.  Ky oon  N.C  a n d   He e   H.  R .   prese n t e d  a  n o v el  i m p ac t  bas e d  p i e z oe le c t ri c  har v ester  m e c h an is m.   I n  thi s   d e s ig n,   t he  c on t i n u ous  i m p act  o n   the p i e z o elec t r i c   s urface   i s  a p plie d by us in g w i n d  fl o w   a n d it  successfully harvests  a  co nt i nuo us  e l e ct ri ci ty   b y  implem e n t  th i s   m etho d  [ 1 2].  The   im pr ovem e nt  t ha t  t h e  a u thor   t r i ed  t o  d o   i s  i n cre a si ng  t h e  im pact  b y  usin g  a   spri ng   r ete n ti o n   a c tio n  to  i nc rea s e   the   fre qu e n cy   i n  orde r  t o   i mp rov e   i t s   e ffi c i en cy .  P.  M ad hu   a nd   h er  t e a m   d e si gn ed   a  fo o tst e p   til e  b y u s i n g pi ezo e l ect ric   t r a n sdu c e r   [ 13 ] .   I n  th i s rese arc h , t he y a r e  usin g 72  p i e z o ele c tr ic  t r a n sd u c ers  a n d   7 2   pl a s t i c   bu she s   t h a t   are  a t t a ch ed   t o   t h e  b o tt om  s urfa ce   o f  t h e  t o p  pla t e.   T h i s  mode l   pro duce s  an  o u t p u t  vo l tag e   r an ge  o f  1 0  -15  V   a nd ou tp u t s  curre n t ra nge o f 50 -   400μA .   Th is  p a p er   p re sen t s  p o w e r  g e nera tio n  by  u s i ng  p i ezoe l e c t ric  tra nsd u c e r  w i t h   b e n di ng  m e c h ani s m  sup por t.  I n  t h is  s t u dy,  t he  p ie z o e l ec t r i c   t ransd u ce r  is  u sed.   T he  o ut p u t  vo l t a g e  fr o m   t he   p iez o e l e c tric   trans duce r   i s  l o w .   I n  orde r  to   m aximiz e   the   ou t p u t   v ol ta ge ,  the   b e n d i ng   m echa n i s m   has  been   d e s i g ned.   A   3 D   mode l  w i t h   a   m idd l e   ho le  i s  desi g n ed  t o  g i ve  s pa ce   a nd  sup p o rt  to  t he   p iez o e l ec tric  t r a ns duc er  d uri n g  t h e   ben d i n g   p r o c e s s .  This  3 D   mode l  pro v i d es  s pa ce   f or   t he pie zoe l ec tric trans duce r   t o  i n cre a se  i t s  defle c tio n  as it   als o   i ncre ases   t he  e l e c t rica l  e n erg y   t ha t  ha d   b e e n   g e n e r ate d .  T he  3 D   mode l   is  d esi gne d  to  p la ce   t his  trans duce r   w i t hi n  it  an d  the   m i dd le  hole   o f   3 D   m ode l  is  d e s igne d  w i t h   t he   d i f fere n t   d i a m e ter  to  f ind  the   m o st  perfec t   3 D   m odel t o  he l p  piez oe l e c t ric  tra n sd uce r  incr easi n g   it s d e fl e c ti on  a n d   out put  v olt a g e .      2.   RESEARCH  M ETH O D   I n   t h i s  s t u dy,   l e a d  zirco n a t e   t i t ana t e  (P ZT)  p ie zoele c t ric t r an sd ucer   i s  use d   t o  ha rves t  the   m e c h ani cal  ene r g y   p r oduc ed  w he n   forc e  or  p ress ure   a r e  ap pl ie d  o n to  i t  a nd  con v e rts   in to   e l ect ri c a l   en ergy .  Th e  outp u t   o f   th i s   t ra ns duc er  d e p en ds  o n  th e  ma gn i t u d e  o f   s tress  an d  stra in   t h a t  a p p l ie d  on  i t s  s t r u c t ure.   T he  r o u n d   s ha pe   piez oe l e c t ric  tr ans duce r s  a r e  use d   i n  t h i s   e x p er ime n t.   T he   p iez oe lec t ric   tr a n sduc er  h as the   d iam e te r  of  50  mm  crysta ll i n e  st r u cture.   T h i s  p i e z oe lec t ric  tra n sdu c er  c om m on  o u t p u t  vol ta ge   c an  a c h i e v e s  aroun d  0  -1 2V   a t  norm a l  ge ne rat e .   H o w e ve r,  d ur ing  in sta n t  im pac t ,  it  ca n  rea c hes   u p  to  3 0V   a n d   5 m A .  The  v i brat io n  ma nner   tha t   i s  more   s u ita b l e  for  round  s h a pe  p iezo e l ect ri c   t r a n sd u c er  i s   b y  pr essing,   p ul se  a n d   s hoc k.  T he   piez oe l e c t ric  trans duce r   p r o d u ce s  low   e l ec tr ical  e ne rg y  a nd  i t s   o u t pu t  d e pe n d i n g  o n   t he  p ress ure ,   f orc e   o r   st r e ss  t h at  b e i ng  hi t  o n   i t.   T hi s  p i ez oe lec t ric   tra n sd uc er  w ill   b e  de flec te d  w h e n   t here   a re  p re ssure   or   s tress   app l ies t o  it.   The   o u t p u t   o f  th is  p ie z o e l ec t r i c   t ra nsd u ce r   is  v ery  low .   I n  ord e r   t o   enh a n c e  t h e  ou t p ut   f ro m  t h e  piez oe l e c t ric  t r ansd uce r ,  it  n e eds  s o m e   s u ppor t   t o   m ax i m ize  t h e   d efle c t i o n  proce s s.   T his  s upp or t  is  t he   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94    I nt  J  P ow   E l e c  &  Dr i  S y st,   Vol.   10,   N o.   1 ,  Mar c h  2 0 1 9   :     56 2  –   567   56 4 be n d in g  me ch ani s m   tha t   d e s ig ne d  b y   u si n g   sol i d  w o r k   s of tw ar e   a n d  pr i n t  i n   3   d i m en s i o n a l   ( 3D )   siz e .   I t   i s  use d   a s  a  sup por t   dur i n g  th e   ben d i n g  pr o c e s s  of  t he  p i e z o ele c t r ic  t r a nsd u c e r   w h en  f or ce  or   p r e ss ur e   ar e   a p p lied t o   i t.   T hi s  3D   m ode l   des i g n   i s  base d   on  t h e  sha p e  a nd  s i z e of the   p iez o e l ec tr ic   t r a nsduc er   t ha t  i s   u se d.   The   t h r e e   d i f f e r ent  type   o f  3 D   m odel s   a r e   d e s i g ne d  to   t es t  the   be n d i n g  proc ess  o f   p i e zoele c t ric   t r a n sdu cer .  The   d i f f er ence   b etwee n   t he se   t hree   m ode l s   i s  the  diam eter   m e a su rem e nt  o f  its  m i d dle  ho le.   The  d i am et er   o f  the   m i d d l e   hol e   f o r   t h e  f i r s t   3 D   m odel   is   0   m m   or   3 D   mode l  w i th ou t   th e  mi dd l e   h ol e.  T h e   s e c on d  3 D   m o d e l  ha s  3 0   m m   i n   d iam e t e r   of  t h e   m i d d l e  h o l e  a nd  t h e   t h ir d  3 D   m odel   i s  40  m m   i n  d i a m e t e r   o f  the  m i ddle   hole .   The   m i ddle   h o l e  f o r   the   3D   m ode l  pr o v i de s  s p ac e  f o r   the   b e nd i n g  p ro ce ss o f  th e  p i e z o el ect ri c   t r an sdu c er.  The  e x per i m e n t   i s  c o n d u c t e d   t o   tes t   t he   p er f o r m a n ce  of   3 D   m ode l   dur i n g  t h e   be n d i n g  pr oce s s.   T h e   tes t i n g  pr oce s s   of   t he   p i e z o el ec tr ic  t r a ns duc e r   i s  tes t e d   b y  us in g  f i nge r   pr ess.   T h e   p iez o e l e c tr ic  t r a nsduc er   i s   plac e d   i n  a  3D   m odel  a nd  b e in g   pr e s se d  t o   p r o duce  e l ec t r ic   e ner gy  T h e  su b j e c t   w i t h  6 0 k g   b ody  w e i g h t   i s  ass i g n e d   fo r  th e   fing e r   p re ss  a ct iv iti es  o n  th e   p i e z o e l e c t ri c  t r a n s d u ce r .   T he  f i n ge r   is   p r e ss  o n   to p  of   t he  piez oe lec t r i c   tr ans duce r   t o   de t e r m i n e   t h e  v o lta ge  o u t p u t   o f   a   s i n gl e   ce ll  o f   t he  p iez o e l ec t r i c   t r a ns d u ce r .   T h e   th ree  3 D   m od els  w i th   d ifferent   m ea sur e m e n t   o f   i t s  m i d d le   h ole   d i a met e r  w h i c h   are   0   mm,   30   mm  an d  40  mm  a r e  tested  i n  t h i s   s tu dy.   F igur e   1  show s  the  t h r e e   diffe r e n t   t y pe s  of  3 D   m o d e l.             (a)   ( b )  (c)       F i gur e   1.   T he  3 D   m odel  w i t h   d if f e r e n t   d iam e ter   ( a )  0mm ,   ( b)   3 0m m,  (c )  4 0 m m          F i gur e  2.   T he  s e t   up  f o r   test i n g   the  be n d in g  pr oce s s  piez oe l e c t r i c  tr ans duce r   F i gur e  3.   T he   s et  u p  f o r   test in g  w i t h   t hr ee  3 D  m odel  w i th  th e  dif f e r e n t  diamet e r       3.   RESU L T S  A ND ANALY S IS  The  p i ez oelec t r i c   trans duce r   o u t pu t   i s   a n   AC   w avef o r m.   E ac h  p i e zo el e c t r i c   i s  p l a ced  o n   th e   3D  m odel s  w it h d i ff er e n t   m i d d l e  ho l e  d iam e te r   a nd  it  pr o duc e d  a  si nu so i d a l  tra n s i e n t  p ul se .  T h e  o s cil l o sc op e  that  is  c o n n ec te d  t o   t he  p iez o el ectric   tra n s duc er  i s  to  m e a s ure  t h e  vo lt a g e   out pu t .   T he   o ut p u t   f r o m   t h e   piez oe lec t r i c   t r ans duce r   t ha t   plac e d   o n  th e   3D   m ode l   is  d i f fer e n t   f or   e a c h  3D   m ode l.   T h i s  is  b ec au s e   t he  be n d in g  pr oce s s  o f   t he   p iez o e l ectr i c   tr a n sdu c er   d epe n ds  o n   t h e  si ze   o f   t h e  mi dd l e   h ol e  i n   t h e   3 D  mod e l .   T h i s  m i dd l e   h o l e   in   t he   3 D   m ode l   pr ov i d es  s pac e   for   t h e  pie z o elec tr i c  tr an sd uc er   w he n  t h e   ben d i n g   p r o ce ss  t o o k   plac e.   F ig ur e  4   show s  t h e   o u t pu t  v o l t a ge   w h e n  the   f i nge r   p r ess  test  i s  ap p lie d  o n   t h e   p i e zoele c t ric  trans duce r   tha t   p la ce d  on  t h e  3D   m odel  w i t h   0   mm  i n   d i a me ter .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st    I S S N :  2088- 86 94       Po w e r ge ne ra tio n by  us i ng p i ezoe lec t ric  tr ansd u c e r  wit h   b e nd i n g   m e c h an i s m   … ( A nis M a isar a h  Mo hd  Asry )   56 5     F i gur e  4.   T he  vol tage   o u t pu t   w a ve f o r m   f o r   t he  p iez o e l e c t r i c  t r a nsd u ce r   whe n   p lac e d   i n  a  3D   m odel   with 0  mm in  d i a met e r      The  ou t p u t   v o l tage  f or  t h e   p ie zoe l e c tric  t ra nsd u c e r  wi th   t he  3 D   m ode l  w i t h o u t   t he   m i d d l e  ho le  o r   0   m m   i n  d i a m e t e r   only  pr o duc e s   5 . 40V   i n  A C   f or m .   I n  th i s   3 D   mode l ,   the   p i ez oe lec t r i c   tr a n sd uc er   c a n not   b en d  to o  muc h   a s  t h er e  i s   n o   spa c e   for   t h e  tra n sd uc er  t o  de flec t  whe n  t h er e   a r e  f o r c e   or   p r e ssur e   a p p lie d  o n   it.   T he   vo l t age   t h a t   i s  gene r a te d  is   a l s o  low   de pe nd i n g   o n   h ow   m u c h  t h e   d e f l e ct io n  c a n   t a k e   p l ace .  Th e  p i ezo ele c t r i c   tr a n sduc er   p r o duce s   a n  A C   w a v ef or m .   T he  o u t pu t   of   t h e   p i e zoe l e c tr ic   t r a ns duc er   w i ll  be  r e c t i f i e d   b ef or e  be in g  s t or ed  o r   used  t o  p o w e r   up  l o w   p o w e r   de v i c e s.   T he   s c ope  o f   t h i s   t e s t i ng   i s   onl y   to   e n h a n c e   t h e   vol t a g e   ou t p u t   o f  t h e  p i ezoe l ec tric  t ra nsd u cer   b e f ore   it   w i l l   f ur ther   u se d  for   f oots t ep  a ppl ica tio n.   F igur e  5  sh o w s  th e   ou t p u t   v ol ta ge  o f   t h e   pi ez oe le c t r i c   tr ans d uce r   p r o d u ce d  by   t he   f i nger   c o mpr e ssio n   f or ce  w h e n   it  is  p la c e d  on   the  3D   m ode l  w i t h   3 0  m m   i n  diam et er .           F i gur e  5.   T he  vol tage   o u t pu t   w a ve f o r m   f o r   t he  p iez o e l e c t r i c  t r a nsd u ce r   whe n   p lac e d   i n  a  3D   m odel   w ith  30  m m   i n diam et er       The  o u t p u t  vo lta ge  i n  F i g u r e   5   s how s  t h a t   t he  v o lta ge  i s  19. 0  V .   The  o u tp ut  v o lta ge  f or   t h i s  3D   mo d e l  is  h i gher  c o mp a r e d   t o   t h e  3 D   m ode l   with out   t h e   m i d d l e  hol e.   T he  m i d dl e   h o le   i n  t h i s   3 D   m ode l   pr ovi des  space   f or   t he  p ie zoe l e c tr ic  t r a ns du cer   t o   be n d   a n d   s u p p o r t   i t   w h en   t he r e   i s  pr e s sur e   a pp lied   o n   i t .   The   be n d i ng  p r oc ess  ca use s   t he   p ie zoe l ec tr i c   t r a nsd u ce r   t o   g e n e rat e   e l e ct ri cit y   b y   co nv e r t i n g   t h e   me ch an i c al  e n er g y   i n t o  e l e c tr ica l   e ne r g y .   T he   m id dl e   hole   w i t h   3 0  m m   in  d i am e t er  m ake s   t he  b en d i n g   p roce ss  m uch   e a sier   c ompa r e d  t o   t he   3 D   m odel  w ith ou t   the  mi d d le  h ole.   F ig u r e   6   s how s  t h at  t he   o u t pu t  vo l t a g e  of  t he   piez oe lec t r i c   tr a n sduc er   p r o du ce d  w h en  p lac e d   on  t h e   3D   m odel  w i t h  4 0   mm  i n   d i a m e t er .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st, Vol. 10,  N o.  1, Mar c h 2 0 1 9   :     56 2 –  56 7   56 6     F i gur e 6.  The  vo l t a ge  o ut pu t w a vefor m   f or  t he  piez o e l ec tri c  tra nsd u ce r w h en p lac e d   i n  a 3D  m odel   w i t h  40 m m   in dia me te r      F o r  this  3 D   m ode l,  t he   o u t p u t  v o l t a g e  tha t   g ener a t ed  f r o m  th e   p iez o e l e c tric   t ran s d u ce r  is  34.4V .   It   show s  t h at  t he  o u t pu t  vo lta g e   g ener a t ed  w he n  t h e  piez oe lec t ric  tra n sduc er  i s  p l a c e d   i n  the   3D   m ode l  w i th  4 0  mm  i n   di a m e t er  i s  t h e   high e s t  ou tpu t   volt a g e   c o m p a re d  to   o t h er  t w o  3D   m ode l s .   T h e   s p a c e   f or  t h i s  3D   m ode l   i s   b i g g e r  c o mpare d   t o  t h e  ot he r  t w o   3 D   m od e l s.  T h e   b endi ng  p r o c ess  o f   p i ezo el ect ri c   t r an sd u c e r   t h a t  ta k e s  place   i n th is 3 D   mode l   has m o r e   s pa ce a n d sup p o rt w he n it defle c t s or be n ds duri n g the fi nger   pre s s tes t .   T h is  s p a c e  a n d  s u p p o r t  a l l o w  t h e   p i e z o e l e c t r i c   t r a n s d u c e r  t o   g e n e r a t e   mor e   outpu t  v o lta ge  c o m pare d  to  t he  o u t p u t   vo lta ge  f or   t h e   o t h er   t w o   o f  the  3D   m od e l s.   A s  c onc l u sio n ,   t h e   spac e   be t w e e n   t he  3 D   m ode ls  p la ys  a n   impor ta nt  r o l e   in   g e n e r at i ng  mor e   o u t pu t  v o l t a g e  of  t he  p iez o e l ec tric   t ra nsd u c e r.   T he  d iam e ter   of  t he   m idd l e   ho le  f or  t he   3 D   mode l   s h ou ld ma t ch  a n d   f it w ith the   s ize   o f   t he   p i ezo el ec tri c   t ran s du c e r  so   t h a t   thi s   3 D  mo d e l  c o uld   p r ov i d e s   t h e   s uit a bl e  sp a c e   a n d   su ppo rt   f o r   t he   p i e z o e l e c tr ic   t ra nsd u cer   w he n  the   be nd in g     proce s s  ha p p en e d .      4.   CONCL U S ION  Thi s   p ap er  h as   p re sen t ed   pow er   g e n er at ion  b y   u s i n g   pie z o ele c t r i c   tra n sd uc er  w i t h  be nd ing   me cha n ism   su ppor t .   I n   t h is  s tu d y ,  a   rese arc h   o n   h o w   to  g e n era t e   m o r e  v o l t a g e  o u t p ut  f rom   t h e   p i ez oe l e ctr i c   t r a n sd u c er  i s  co ndu c t ed   b e cau se   t h e   o u t pu t   v o lt a g e  of   t h e   p i ezo e l e c t ric  trans duce r   i s  ver y   l ow .  The  3D   m ode l   is  d e s i g ned  as   t h e   p i e zoe l ec tric  t r a nsd u cer   n e e d  to  u nde rgo  be n di n g   p r o cess  in  o rde r   t o  ge ne rate  m ore   vo lta ge.  P i ez o e le ctr i c  trans d uce r   i s   c a pa b l e   of   p r o d u c i n g   v o l ta g e   out put   b y  u s ing   t h e  3D  m o d e l  a s   a   s u ppo rt .  The 3D  m o d el  w i t h a n   a cc ur at e d i a m e t er for t he   m i d d l e   h o l e  al l o w s  t he pi e zoele c t ric   tra n sduc er t o be nd  mor e   and it  ge ner a te s  a  hig h   v o ltag e   o u t pu t.  T he 3 D   m odel  w i t h  40  m m   i n  d i am ete r   f or  t he   m i ddle   ho le  e xer t s  34. 4   V   w h i c h is the hi g h e s t  v o l t a ge   o u t pu t  r a t h er t h a n o t her   tw o 3D   m ode ls. H e nce ,  this resu l t  ca n   b e   use d  to form  a  p i ez o e lec t r i c   tile   t o   ge ne ra te  m ore   p o w e r   us i n g   the   hu m a n  f o o t s te p.   I n  t h i s   r e s ear ch,  t h e   te sti n g  tha t   i s  con d u cte d  t o  e nha nce t h e vo lt age   o u t p u t  of the   p i ez oe lectr i c   tr ans duc e r  be f ore   i t   w i l l  f u rt her use d   f or  f o o t s te p  app l ica t i o n.  T h i s  t i l e   i n  furt he r   c a n  be  p l a c e d   at  c r o w d e d   a r e a   a s  t h e   pi e z oe l e ct ri c  t r an sdu c e r   i s  v e ry   s e n si tiv e   to for ce an d pr essure.   The   w a l k i ng e n erg y  ca n  be har v e s t   a nd be c o me s a   u s eful   e n e rgy   wh en   t h e  pi ezoe l ec t r i c   tile   i s  pla c e d   a t   tha t   a rea .   I t  i s   s pec i f i c a l l y   s ui t a b l e  t o   b e  imp l e m e n te d  a t   p a v e m e n t  s t ree t ,  trai n  tic ke t  c ounte r ,   st a i rs  a n d   d anc e   f l o or.  The  p i ezoe l e c tric   t ile is  a l s o   s ui ta ble   f or the   e xer c is e  tile suc h  a s   f or   s k i pp ing or on   t h e   trea dmi ll.  T he   pow e r   t hat  is  g e n era t ed  fro m  thi s   p i e zoe l ec tric  t i l e  c a n  b e   u se d  t o   p o w er  up  the  l i g h t  s t re et,   lig ht a l ong  the  sta i rs a nd a l s o   l ow   p ow er  a pp lia nce s .       ACKNOW LEDG E MEN T S  The   au t hors  g r a t e f u l ly  a c k n o w l e dge   t he  s up p o rt  o f  t h e  M a l a ys i a n   M ini s try  of  H ig h e r  Educa t i o n   (MO H E )  throu gh  F R G S   R es ea rch  G r a n t   N o .   16 1 5   a n d   t he   U nive rsi t i  T un  H u sse in  O nn  M a lay s i a   t hro u g h   S hort  - Te rm Gr a nt N o.  U 541.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       P o wer ge nera t i on by usi ng pi e z oe l e ctr i c  tr a n sd ucer wi t h   b e nd i ng  m e ch an ism   …  ( A ni s M a isar a h   M ohd  Asry)  56 7 REFE RENCES   [1]   E.  M a g hsou d i ,  et  a l .,   “ A   re v i e w   o f   walkin g  en e r g y   h arv e st in g  us in g  pi ezoelect ric  m a t erials , ”  International  Con f eren ce on  Ar chi t ect ure   and   Ci v il Eng i n eer i n g   ( I CACE 2 0 1 7 ) , p p. 1 -8 , 20 1 7 .   [2]    A.   A dhit h an,   et .al.,   “P ro pos ed  M eth o d   o f   F o o t  S t ep   P o w er  G en er atio n  us in g  Piezo   E lectri c  S e n s o r , ”   Internat iona l   Ad van c ed  Res e ar ch Jo ur nal i n  Science,  En gin eer i n g  an d  T ech no log y , vo l . 2 , p p . 2 5 - 29 , Ap r il 20 15 .  [3]   M . N. Gupta,   et a l . ,   “El ectricity  G en eratio n  Due  to  V ib rati on   o f   M o v i ng  Vehi cles   U sin g   P i ezoelect ric  E f f e c t ,”   El ectr i cit y  Gen e ra ti on Due  to Vibr ati o n  o f   M o v ing V e hi c l es  U s ing Piezo elect ri c  Effect,   vol.   4   p p .  3 1 3-31 8.   201 4.   [4]   J.  V argh ese  an d   P .   K ariko t t i l,  “ F o o t step  P o w er  G enerati o n   us ing   P iezo elect ri c  S e ns ors, ”  I n te r n at io na l J o u r n a l   of  Recen t In nova t i o n  in En g i neeri ng an d Resea r ch ,  v o l . 2 , p p.  1 1-1 8 .   A u g u st 2 01 7.     [5]   D.  V a t ansever,  et  a l . ,  A l ternativ e  Res ources   f or  R enew a b le  E n e rg y:   P i e z o elect ric  an d   P hot ov oltaic  S mart  S t ru ctures,   Glob al  W a rming   - I m pa c t s an d   Fu tu re  Pe rspe c t iv e s ,   201 2,   p p.   2 6 4 -268.   [6]   P.  A rora  et a l . ,  “P iezo electri cs  -   A   P oten tial   E lect ric  S o u r c e   f or  A i r crafts ,”  Proc e e ding s of the   Wo rld   Co ng re ss o n   En gi neeri n g , pp .  97 8 -9 80 , 20 1 3 .   [7]   V.  P ras a nn abal a j i,   et al. ,  “ S tai r c a se  P o w er  G en erati on  U s ing  Piezo -El ectric  Trans d u cers, ”  A d va nce i n  E l ectr o n i c   an d Elect ric  Engin eeri ng,   vol.   3 ,  pp .   7 4 7 -7 54 ,  2013 .     [8]   A.   K o kkin o p oulos ,   et a l . ,  “ E n e rgy  h a rvest i n g   i mp lem e ntin g  em b e dd ed  p i ezoel e c t r ic  g en era t o r s   –  T h e  p o t e n t i a l   f o r   the  At tiki   Odos  t ra ffi c  grid,”  T e rra Gr een  13  In te rn atio na l  Con f er en ce 2 0 1 3   - A d v a ncemen ts  i n  Ren e wabl e E n er gy   an d Cl ean   En vironm ent ,   pp .   1-1 7 , 2 01 3.   [9]   M .  R e n a u d ,  P .   F i o r i n i ,  R .   v a n   S c h a i j k   a n d   C .  v a n  H o o f ,  " A n   i m p a ct   b ased   p i ezo e l ect ric  harv est e r  ad apt e d  to   l o w   f r equ e ncy  env i ro nm ent a l  vi bratio ns, "   TR ANSDUCE R S  2 0 0 9  -  200 9 Int e rn a t ional   S o l i d - S t a t e Senso r s ,  Ac tu at o rs  an d M i cr osyste m s  Co n f erence ,   p p . 20 9 4 -2 09 7,   2 00 9.  [10]    M.   Ferrari,   et a l . ,  “P ort a b l e  energ y -lo g g e r  circu it  f o r  t h e  ex perim e n t al   e val u ati o n   o f   energy   h arv e st ing   s o luti ons   fro m   m ot io n   fo r  we a r a b le   a uton omo u s  se n sors ,”   Eur o s e ns o r s 2 014 P r oced ia En g i neer ing  87 ,   2 0 1 4 ,   pp1 23 0  -1 23 3 .   [11]   A.  M .   Ab dal   and   K.S .   L eo ng,  “ P i ezo electri c  P r e-S t ress ed  B en di ng   M echani s m   f o r  Im pact  D riv e n  Energ y   Harvester, ”   In tern at io nal T echni cal   P o s t gradu ate Con f er ence IOP   Co nf.   S e ri es: M a t eri a ls Sci e nce a n d   En gi neeri ng 21 0 ,  p p  1  – 1 1 , 20 1 7 .   [12]     N .   Ky oo   a nd   H . R .   Hee,   “ Contin uo us   E n e rgy  Harv esti ng   M eth o d   Us i ng   P i e z o elect ric  E l e m ent ” ,  20 15  IEE E  2 n d   Int e rna t i o n a l  Futu re E n erg y   Electr onics   Conferen ce ( I FE EC),   p p   1 - 4,   2 0 15.   [13]    P.  Mad h u ,   et  a l . ,  “E lectri cal  P ow er  G en erat io n  b y   F oo t-steps  us in g  Piezo -electr i c   T ran s du cers,”  Interna t ional   Jou r n a l  o f  Recent  T r e n ds  in  E n g i neer in g  &  R e se a r ch  ( I J R TER)  v o l.  2   p p   1 0 8   –   115.                   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.