Consigli su progetto "Energy harvesting" a microcontrollore

[Lelettrico]

Ne metto qui un altro e separatamente, questo parte da 0.9 V e non sarebbe adattissimo, viene usato in massima parte per i LED bianchi ad alta luminosita. La ragione per cui vorrei segnalartelo e' che dispone di uno stato di quiescenza a bassissimo assorbimento che entra in azione quando l'uscita va essa stessa in uno stato di basso assorbimento.
TPS61097 0.9 Vin Boost Converter

[Lucast85]

poi invece di affacciare un solo magnete affacciarne magari due in successione con polarita' opposta per avere uno swing di B doppio.

Certo, ottima idea!!

5000 spire di filo da 0.18 avranno una discreta R serie, questo limita in qualche maniera la capacita' di caricare un condensatore in soli 40 ms (ma il t utile sara' minore)..

La lunghezza del filo di rame necessaria per costruire la bobina e la sua resistenza totale l'ho calcolata così:
dove considero che le spire in orizzontale (quelle che si trovano sullo stesso strato) hanno tutte la stessa circonferenza. In seguito, per ogni strato successivo, la circonferenza aumenta con n (l'indice dello strato che si sta considerando).
Sempre con l'aiuto di Matlab:

Codice: Seleziona tutto

function L = wireLenght( Nv,No, sf,D)
%wireLenght calcola la lunghezza del filo di rame necessario per avvolgere
%l'intera bobina.
%
%   L = wireLenght( Nv,No, Wsect,D)
%
%   Nv=n° di spire in orizzontale (lungo l'asse della bobina
%   No=n° di spire in verticale (n° di layer di spire della bobina)
%   sf=sezione del filo utilizzato
%   D=diametro interno della bobina (della spira più piccola)
R=D/2;
L=0;
for n=0:(Nv-1)
    C=2*pi*(R+n*sf)
    L=L+(No*C)
end
%calcolo anche della resistenza del filo di tale lunghezza e tale sezione
Csa=(sf/2)^2*pi;
rho_Cu=17.241E-9;
Wres=rho_Cu*L/Csa


ottengo circa. Nel codice Matlab ho anche implementato il calcolo della resistenza totale del filo con ottenendo . Sarà troppo elevata ?

Ora vorrei procedere all'acquisto del materiale. Ho trovato qualcosa solo su ebay: filo di rame e nucleo. Sul nucleo, non si sa nulla (neanche il che mi interessa), però wikipedia dice che per la ferrite può variare fra 16 e 640. Anche fosse solo 16, sarà sempre meglio di niente, no?

Poi serve un'energia bastante alla misura, non ho chiaro se il sistema che intendi usare sia sempre acceso, intendo per tutto il ciclo fra un passaggio e l'altro o se invece vada in uno stato sleep che comunque mantiene un timer o un contatore attivo

Deve consumare la minore energia possibile, penso quindi di mandarlo in sleep ogni volta che si può...Questo per il MCU, il display invece sarà sempre acceso (ma non è detto).

Grazie per i consigli e per i boost converter, gli sto dando un'occhiata!

[Lelettrico]

296 ohm e' qualcosa di molto elevato, d'altronde sei abbondante con il diametro del filo considerando che il rame per impulsi cosi brevi potrebbe andare piu' in su con gli A. Verrebe da diminuire il diametro ulteriormente per avere un B migliore ma cosi aumenterebbe la resistenza.

Capisco che il progetto e' ancora allo stadio larvale, tieni presente che un sistema di controllo di energy harvesting dovrebbe impiegare meno energia di quella harvested appunto. Non ha senso impiegare piu' energia per controllare il sistema che ne raccoglie meno

\Bon, detto cio' ti rimando a Siemens con i materiali SIFERRIT e relativi parametri. A pagina 34 ci dovrebbe essere cio che cerchi. La ferrite che linki su ebay non va bene essendo per le bobine d'antenna di ricevitori ad onde medie e lunghe. Fa attenzione che alcuni tipi di ferrite detti EMI contengono carbone e non vanno bene per cio che ti proponi di studiare, guarda magari CORE che sarebbe per i trafo SMPS che forse e' la migliore scelta. Da notare che alcuni nuclei hanno una forma circolare che evolve in una doppia U, la prima espansione polare impegnerebbe la bobina con verso opposto al core cilindrico, infine la seconda espansione re-impegna la bobina esattamente come la prima. Avresti 3 impulsi ed uno swing sicuramente maggiore anche con un solo magnete, mah ? esempio RM12 N41. Attenzione che alcuni tipi saturano anche a 200 mT
SIFERRIT Siemens from RS components
In ogni caso RS Components ha di tutto di piu e vende anche a privati a pezzo singolo. Per il filo di rame mmm brutta storia. Qualcuno che riavvolge motori o avvolge trasformatori, ebay in questo caso va bene. Forse l'unica via

[Lucast85]

Anche un ETD34 N87 non sarebbe male...Prima di ordinarlo però vorrei fare una prova con quello che già ho perché, cercando fra componenti dissaldati da vecchie PCB, è saltato fuori un trasformatore (penso SMPS). Le dimensioni del core EI sono simili a quelle indicate a pag. 543 del pdf..(E32/16/11)..dovrebbero andare!!
Per il materiale del nucleo non saprei..c'è una sigla indicata sopra: YC EI-33A KY/8605-EI33-01.

Domani provo a sentire il professore riguardo tutto il lavoro fatto fino ad oggi...

[Lelettrico]

I numeri non mi dicono un granche, probabilmente numero di lotto o codice interno al costruttore.
Le dimensioni e laforma vanno sicuramente bene, se riesci a indovinare la permeabilita'
Da dire (e questa e' la ragione per la quale non ho afferrato subito la sommatoria in V) che sempre occorrerebbe usare un qualche tipo di nucleo all'interno della bobina. Per assurdo, se solo infili il coperchio di una olla qualsiasi dentro la bobina (trascura la riluttanza in prima analisi) si tornerebbe ai 2 V fatidici.
Nei motori nei trasformatori si usano lamierini di ferro-silicio a granuli orientati, alta permeabilita' alto valore di saturazione, di contro discrete perdite (basta confrontare la curva di magnetizzazione B-H nel ferrosilicio con quella di una ferrite SMPS). La ferrite pero' necessita piu spire e la resistenza interna del generatore (bobina captatrice) aumenterebbe di conseguenza forse (ri)bilanciando lo scenario.

Per provare si puo' provare con il nucleo che hai trovato, se tu avessi a disposizione un qualche strumento per misurare la permeabilita' (rozzo ma + veloce di tutti un induttanzimentro) sarebbe meglio
Le ferriti SMPS sarebbero per frequenze ben lontane dai tuoi 1/40 ms ma credo che un qualche beneficio si possa scaturire in ogni caso.

[Lucast85]

Riluttanza, perdite nel materiale, ecc.. sono concetti mai sentiti! Sarà meglio che gli do un'occhiata prima di continuare.

Nel frattempo cercavo di estrarre il nucleo ad "E" dal trasformatore che ho trovato. Dovrebbe essere di ferrite in quanto, forzandolo, si è scagliato. Sicuramente non è composto da lamierini.
Non riesco a separarlo dal nucleo "I" con cui, probabilmente, è incollato. Se lo scaldo con un phon da carrozzieri rischio di crear danni? Qualche altro suggerimento?

[Lelettrico]

Dura ma non impossibile. Scalda il tutto con la E da recuperare ben fissata ad un supporto non rigido (per non creparla) come una morsa con due ganasce di cartone pressato.
La E e' fissata alla I con colla epossidica, quindi devi arrivare alla temperatura di rammollimento, circa 180 gradi centigradi.
Lascia il fon e con il MANICO di un martello (la testa di ferro trasferisce il momento attraverso l'intero manico) picchia leggermente ma in maniera decisa sulla I. O viene o si rompe tutto. Se hai mai tolto il magnete da un altoparlante ... ecco stessa procedura.

[Lucast85]

Grazie ai tuoi preziosi consigli, Lelettrico, sono riuscito ad estrarre il nucleo ferromagnetico da quel trasformatore; in più, sono riuscito a reperire del filo smaltato da 0,2mm all'università. Ho tutto quello che mi serve per iniziare a costruire la bobina!
Ora, giusto per avere un'idea di ciò che otterrò, vorrei sapere se è corretto il seguente ragionamento.
1)Abbiamo calcolato, seppur con molte approssimazioni, la f.e.m. ai capi della bobina quindi, se inserisco il famoso nucleo ferromagnetico, la f.e.m. che otterrò, sarà pari alla f.e.m. precedente moltiplicata per la permeabilità relativa della ferrite ?

Penso che il materiale del nucleo estratto sia uno di quelli raffigurati qui sotto ed ho un paio di domande a riguardo.

2)Le permeabilità relative dei vari materiali, sono quelle indicate con ?
3)Il parametro riguardante la saturazione è "Flux density"?
Nel frattempo cerco di trovare un buon metodo per realizzare questi avvolgimenti in casa...
Grazie ancora.

[Lelettrico]

1)Abbiamo calcolato, seppur con molte approssimazioni, la f.e.m. ai capi della bobina quindi, se inserisco il famoso nucleo ferromagnetico, la f.e.m. che otterrò, sarà pari alla f.e.m. precedente moltiplicata per la permeabilità relativa della ferrite ?

Magari La ferrite concentra le linee ma non le concentra tutte. Qui sotto ti linko ad un pdf educational dove hanno fatto con l'aiuto di un datalogger esattamente quello che stai cercando di fare o studiare.
Si ottiene un aumento di circa 6 volte con un nucleo di ferro. Intervengono anche effetti che in aria non c'erano

La cosa che io farei per una trattazione decente e' usare FEMM trovare il valore e l'andamento del flusso nel core della tua bobina e da qui un calcolo un attimino reale di quello che si puo' ottenere. Userei una di mille, tanto non ha una grossa importanza. Un tipico caso in cui la grammatica vale piu' della pratica
Magnet Falling Oscillating Swinging

Per la tabella e i simboli ... da dove viene? Penso che con intendano permeabilita' relativa
Non e' difficile farsi la bobina in casa ma ti servirebbero un motore sul quale fissare il cartoccio originale ed un sistema di frizione per tenere il filo teso mentre lo avvolgi ... ma qui basta un po di fantasia.

[Lucast85]

Magari La ferrite concentra le linee ma non le concentra tutte.

Immaginavo...

Per la tabella e i simboli ... da dove viene?

E' il .pdf che mi hai allegato sul post #13, pag.37.

La cosa che io farei per una trattazione decente e' usare FEMM

Non è la prima volta che ne sento parlare...forse è giunta l'ora di imparare ad usarlo!