Análise de transdutor eletromagnético para coleta de energia em aeroelasticidade

Abstract

A coleta de energia a partir de oscilações de estruturas imersas em um fluido em movimento tem recebido muita atenção da comunidade científica nos últimos anos. Particularmente, oscilações resultantes de efeitos não lineares dinamicamente estáveis, induzidos ou não, favorecem essa coleta. Existem inúmeras aplicações para a coleta de energia da oscilação de estruturas aeronáuticas, entre elas, alimentação de sensores e outros dispositivos eletrônicos, em locais de difícil acesso, ou a alimentação de sistemas auxiliares em micro veículos aéreos. A coleta de energia proposta neste trabalho utiliza como transdutor um sistema de indução eletromagnética que pode ser acoplado à estrutura de uma seção aeroelástica típica. O transdutor é composto por bobina e imãs, e foi pensado para implementação em um sistema aeroelástico com um grau de liberdade em torção exposta ao escoamento em altos ângulos de ataque. São apresentados estudos de arquiteturas de transdutores eletromagnéticos do ponto de vista de fluxo eletromagnético, tensão induzida e geração de energia. A partir disso, após seleção da arquitetura de maior geração de energia e sua comprovação experimental, é feito uma análise em que se avalia a possível influência do transdutor no sistema aeroelástico, em que, como exemplo, novas frequências predominantes podem aparecer no sistema.

Energy harvesting from oscillations of structures immersed in a fluid in motion has received much attention from the scientific community in recent years. Particularly, oscillations resulting from dynamically stable nonlinear effects, induced or not, favor this collection. There are numerous applications for the collection of energy from the oscillation of aeronautical structures, including the supply of sensors and other electronic devices, in places of difficult access, or the supply of auxiliary systems in aerial micro vehicles. The energy harvesting proposed in this work uses an electromagnetic induction system as a transducer that can be attached to the structure of a typical aeroelastic section. The transducer consists of coils and magnets, and was designed for implementation in an aeroelastic system with a degree of freedom in torsion exposed to flow at high angles of attack. Studies of electromagnetic transducer architectures are presented from the standpoint of electromagnetic flow, induced voltage and power generation. Based on this,after selecting the architecture with the highest power generation and proving it experimentally, an analysis is made in which the possible influence of the transducer in the aeroelastic system is evaluated, in which, as an example, new predominant frequencies may appear in the system.