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Projektübersicht

Stimmbarer Duffing-Oszillator für vibrationsbasiertes Energy Harvesting - Graduiertenkolleg 1322

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Projektbeschreibung

Energy Harvesting aus Vibrationen der Umgebung stellt eine vielversprechende Technologie zur Versorgung einzelner Knoten eines größeren Sensornetzwerks in bspw. Industrieanlagen oder zur Infrastrukturüberwachung dar. Schwache Vibrationen werden dabei mithilfe eines mechanischen Feder-Masse-Systems und einem geeigneten Wandlungsmechanismus in elektrische Energie umgewandelt. Zur Zeit konzentriert sich die Entwicklung solcher Systeme hauptsächlich auf lineare mechanische Oszillatoren. Allerdings sind diese entweder durch eine hohe spektrale Leistungsdichte bei geringer Bandbreite, oder durch eine geringe spektrale Leistungsdichte bei hoher Bandbreite charakterisiert, wodurch eine Anwendung solcher Generatoren in Umgebungen mit zeitlich variierender, allerdings dominanter Einzelfrequenz nur bedingt möglich ist. Um dieses Problem zu umgehen, soll in diesem Projekt ein Duffing-Oszillator implementiert werden. Systeme dieser Art sind durch eine nicht-lineare, von der Auslenkung abhängige Federsteifigkeit charakterisiert, die in einer hohen Bandbreite bei gleichzeitig hoher spektraler Leistungsdichte resultiert. Als Nachteil zeigt sich eine Hysterese in der Frequenzantwort solcher Systeme. Daher soll zudem eine Regelung entworfen werden, die über eine Verstellung der Federsteifigkeit diese Hysterese kompensiert und damit einen stabilen Betrieb des Generators ermöglicht. Für diesen Zweck werden neuartige magnetische Federn auf Basis eines Reluktanzkreises entwickelt. Das entwickelte Konzept erlaubt die Einstellung der Federcharakteristik über die Geometrie sowie die Integration eines energieeffizienten Nachstellmechanismus zur Anpassung der Steifigkeit. Mithilfe dieser Federn kann die Resonanzfrequenz der Oszillators eingestellt und somit der Betriebsbereich des Generators optimal an die Umgebung angepasst werden. Insgesamt umfasst dieses interdisziplinäre Projekt neben der mechanischen Auslegung der Generatoren auch die Bereiche Elektronik sowie Regelungstechnik.

Laufzeit

01.01.2012 bis 31.12.2014

Projektleitung

Dr. Michael Kröner (Prof. Dr. Peter Woias)

Ansprechpartner/in

Kroener M

Finanzierung

DFG
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