Objektif projek ini adalah untuk membuat penyelidikan dan
pembangunan penjana elektromagnetik yang direka untuk penuaian tenaga dari
sumber getaran yang wujud di alam sekeliling kita ke dalam bentuk tenaga
elektrik. Penuaian tenaga getaran dari sumber alam merupakan jalan alternatif
kepada bateri dan sangat manarik untuk dijadikan kajian lanjutan dalam
menghidupkan peranti elektronik. Kajian tentang penjana elektromagnet
melalui analisis unsur terhingga (FEA) telah dibentangkan dalam projek ini yang
melibatkan kajian tentang kelakuan magnet. Model unsur terhingga direka dan
dianalisis melalui perisian OPERA. Analisis dijalankan untuk menyiasat
kelakuan magnet seperti garisan fluks dan ketumpatan fluks magnet. Prinsip
kerja penjana elektromagnet melalui pencirian teori, model 2D yang
menggunakan perisian OPERA dan juga eksperimen dengan menggunakan
penjana elektromagnet model bersumberkan getaran dari alat getaran (shaker).
Perisian OPERA 2D membentangkan analisis bagi magnet Neodimium iron
boron, (NdFeB), Samarium Cobalt (SmCo) and Ceramic. Ketumpatan fluks
magnet dan taburan medan diperolehi daripada analisa ini juga merupakan
kerangka utama bagi reka bentuk penjana elektromagnet. Dalam projek ini,
struktur asas penjana elektromagnet terbina dari dua NdFeB magnet kekal
dengan polariti yang berbeza pada hujung salah satu daripada julur tetap untuk
menghasilkan ayunan semasa getaran dibekalkan. Permalloy ditambah untuk
menganalisis kesannya terhadap ketumpatan fluks. Eksperimen menggunakan
shaker sebagai penjana getaran untuk membekalkan getaran mekanikal
kepada sampel, osiloskop untuk menunjukkan hasil voltan dan kekerapan
terhasil, dan pecutan untuk menyediakan data pada amplitud getaran yang
dikenakan kepada sampel. Kemudian, arus akan diukur untuk mengira kuasa
yang telah dijanakan. Tiga prototaip yang terdiri daripada dua jenis tapak (kayu
dan keluli tahan karat) telah direka dengan menggunakan julur aluminium dan
keluli tahan karat sebagai sumber untuk getaran. Secara teori, frekuensi
salunan yang dikira untuk julur aluminium adalah di 15.22Hz dan 39.66Hz
adalah untuk julur keluli tahan karat. Sementara itu, kuasa keluaran yang
tertinggi ialah 2.463mW boleh didapati pada model keluli tahan karat (N=600)
dengan menggunakan julur keluli tahan karat manakala kuasa keluaran
terendah ialah 0.04mW boleh didapati pada model kayu (N=400) dengan
menggunakan julur aluminium. Sebagai kesimpulan, prestasi penjana dapat
ditingkatkan dengan menambah bilangan lilitan gegelung, menambah bahan
kebolehtelapan yang tinggi dan menggunakan julur berketumpatan tinggi.
_______________________________________________________________________________________________________
The objective of this project is to understand the research and development
(R&D) of an electromagnetic micro generator which designed to harvest energy
from the vibrations present in the application of environment into electrical
energy. Vibration energy harvesting from ambient sources is an attractive
alternative to batteries and is receiving a considerable amount of interest to
power up an electronic devices. A study of electromagnetic generator via Finite
Element Analysis (FEA) is presented in this project which involves the
investigation of magnetic behaviour. Finite element models are developed and
further analysed via OPERA Vector field software. Analyses are conducted prior
to investigate the magnetic behaviour such as the flux lines and the magnetic
flux density. Working principles of the electromagnetic generator is through
theoretical characterization, 2D models using OPERA vector field software and
also experimental with the electromagnetic generator prototype using shaker as
a vibration source. OPERA 2D software presents the analysis only for the three
types of magnets which are Neodymium Iron Boron (NdFeB), Samarium Cobalt
(SmCo) and Ceramic magnet. The magnetic flux density and field distribution
were obtained from these analyses which are also the mainframe to the
designation of an electromagnetic generator. In the case of my project, the
basic electromagnetic generator structure was formed by two permanent
magnets NdFeB with different polarities at the one end of a fixed cantilever to
provide an oscillation during vibration. Permalloy is added to analyse its effect
towards the flux density. Experimental part using shaker as a vibration
generator to supply mechanical vibration to the sample under test, an
oscilloscope to show the voltage and frequency produce, and an accelerometer
to provide data on the amplitude of vibration applied to the sample. Later, the
current will be measured in order to calculate the power generated. Three
prototypes with two types of bases (wooden and stainless steel) have been
made using aluminium and stainless steel cantilever as a source for vibration.
Theoretically, the calculated resonance frequency for the aluminium cantilever
is at 15.22Hz and 39.66Hz is for the stainless steel cantilever. Meanwhile the
highest output power is at 2.463mW using stainless steel base (N=600) with
stainless steel cantilever and the lowest output power is at 0.04mW using
wooden base (N=400) with aluminium cantilever. In conclusion, generator
performance can be improved by increasing the number of coil turns, adding the
high permeability material and use a high density cantilever.
Analytical and experimental study of an electromagnatic generator / Mastura SK Abd Aziz