Convertidor de energía de vibración electromagnética de alto rendimiento

El Reto

La cosecha de energía de vibración electromagnética (EMVEH) es una tecnología moderna que se presenta como una alternativa sobresaliente al incómodo uso de cables y baterías para alimentar redes de sensores. Sin embargo, los cosechadores típicos de energía de vibración electromagnética (EHMVEHs) suelen ser voluminosos y costosos, con rendimientos relativamente bajos. Por lo tanto, se buscan arquitecturas de cosechadoras novedosas que puedan producir niveles elevados de potencia de salida eléctrica sin comprometer su volumen o costo de producción. La UPC ha desarrollado una solución basada en una arquitectura con forma de anillo con configuración Halbach, que permite aumentar la masa resonante del sistema y reducir la resistencia de la bobina, resultando en un dispositivo que produce niveles altos de potencia eléctrica por unidad de volumen.

La Tecnología

La cosechadora propuesta consta de tres imanes en forma de anillo (1) con una configuración de matriz lineal de Halbach que concentra su campo magnético en el espacio interior del mecanismo, donde se ha ubicado una única bobina concéntrica centrada verticalmente (2). La arquitectura en forma de anillo de este dispositivo permite un aumento de la masa de los imanes (el sistema resonante) dentro de dimensiones fijas del transductor. También reduce la resistencia de la bobina para el mismo número de vueltas, mejorando su capacidad de generación de energía.

Ventajas Innovadoras

• Compacto: la configuración Halbach empleada concentra el campo magnético de los imanes en el espacio interior del dispositivo, disminuyéndolo en sus límites exteriores. Esto reduce la necesidad de blindajes magnéticos y permite colocar la electrónica más cerca de la cosechadora, lo que disminuye el tamaño general del dispositivo autónomo y evita interacciones electromagnéticas con el entorno.
• Alto rendimiento: presenta un valor elevado de Densidad de Potencia Normalizada (NPD) en comparación con diferentes EHVE del estado del arte, lo que ratifica sus capacidades de generación de energía.
• Simplificado: pocos componentes y un mecanismo simple que facilita el proceso de ensamblaje y reduce los costos totales.
• Alta sensibilidad: ventajoso para la cosecha de energía en entornos de vibración ultra baja.

 Estado actual de desarrollo

Se han realizado diferentes simulaciones numéricas y pruebas experimentales para estimar y validar el rendimiento de salida y la viabilidad del dispositivo. La EMVEH propuesta ha demostrado proporcionar el rendimiento de NPD más alto entre varias EMVEH (para aplicaciones similares) con y sin configuración Halbach.

Aplicaciones y Mercado Objetivo

El dispositivo a desarrollar en EMVEH resulta muy interesante para empresas que ofrecen soluciones personalizadas de sensores o IoT para aplicaciones en infraestructuras de transporte, industria inteligente y instalaciones deportivas inteligentes, entre otras.