Temelev: Tuning meccanico EMulato ELettronicamente per harvester di Energia Vibrazionale

A causa del loro comportamento risonante, gli harvester da vibrazioni risultano efficienti solo quando la frequenza delle vibrazioni coincide con la loro frequenza di risonanza meccanica. Una volta che, dopo la produzione, un harvester da vibrazioni è stato sintonizzato su una certa frequenza di risonanza, potrà essere utilizzato solo in quelle applicazioni in cui la frequenza dominante coincide con tale frequenza di risonanza e non varia nel tempo. Sfortunatamente, nella maggior parte dei casi pratici, le frequenze delle vibrazioni sfruttabili variano nel tempo e, quindi, un harvester risonante non sempre sarà in grado di estrarre potenza. Le tecniche di tuning meccanico sono essenzialmente volte a regolare la frequenza di risonanza meccanica di un harvester da vibrazioni, in tempo reale durante il suo funzionamento, in modo che questa sia sempre coincidente con la frequenza delle vibrazioni. Attualmente le tecniche di tuning meccanico proposte modificano la frequenza di risonanza agendo su grandezze strettamente correlate ai parametri meccanici dell’harvester (la rigidezza di una molla, la posizione del baricentro, la distanza fisica tra sistemi di magneti ecc.). In tutti questi casi è molto difficile ottenere sistemi smart autotunati e autoalimentati.

L’invenzione proposta si riferisce ad una tecnica di tuning meccanico che viene applicata elettronicamente agendo su una corrente elettrica, aprendo la strada verso un tracking automatico ed accurato della frequenza di risonanza degli harvester.

Il prodotto che si potrà offrire sul mercato sfruttando l’invenzione proposta è un energy harvester dotato di tuning meccanico e caratterizzato da una maggiore efficienza a frequenze di vibrazione diverse dalla sua frequenza di risonanza meccanica.

La tecnica di tuning meccanico viene implementata aggiungendo una bobina esterna fissa ad un harvester elettromagnetico da vibrazioni standard (dotato di un magnete che si muove rispetto a una bobina interna). Una opportuna corrente viene iniettata nella bobina aggiuntiva esterna, tramite un circuito elettronico di potenza, in modo da emulare, contemporaneamente, gli effetti equivalenti di un’opportuna rigidezza, un’opportuna massa ed un opportuno coefficiente di smorzamento. In questo modo la forza magnetica esercitata sul magnete dell’harvester, dalla corrente che fluisce nella bobina esterna, diventa la forza meccanica che verrebbe esercitata da una molla “virtuale” (con la rigidità desiderata) su un magnete “virtuale” (con la massa desiderata) che vibra in un fluido “virtuale” (con il coefficiente di attrito viscoso desiderato). Quindi la frequenza di risonanza dell’harvester può essere modificata controllando opportunamente la corrente che fluisce nella bobina esterna. In questo modo è possibile ottenere un’efficienza significativamente più elevata ad una frequenza di vibrazione desiderata, anche se diversa dalla frequenza di risonanza dell’harvester.

Con il progetto PoC l’invenzione proposta ha raggiunto il livello TRL 3. Le attività successive, previste per l’immediato futuro, riguardano l’ulteriore incremento del TRL per raggiungere livelli che possano avvicinarci alla produzione e commercializzazione di un prodotto. Fondamentale per l’ulteriore futuro avanzamento del TRL del brevetto è l’implementazione del sistema meccanico comprendente il magnete, il sistema di molle, la bobina interna e la bobina di tuning esterna aggiuntiva. Pertanto, le prossime attività riguarderanno principalmente la ricerca di finanziamenti da utilizzare per la realizzazione di tale sistema meccanico.