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Elektrische Energie aus der Drehung

Die EU finanziert Forschungen zur Umgebungsenergieernte, mit der kleine elektronische Geräte nachhaltig versorgt werden können. Eine neu entwickelte Methode zur Nutzung der Bewegung von stochastischen nichtlinearen Oszillatoren verspricht eine längere Lebensdauer für Miniatur-Stromerzeuger.
Elektrische Energie aus der Drehung
Batterien bleiben die bevorzugte Wahl für die Stromversorgung kleiner Geräte wie etwa drahtlose Sensoren, Datensendern und implantierbare medizinische Geräte. Allerdings haben sie sich nicht mit den steigenden Anforderungen der Geräte hinsichtlich der elektrischen Leistung Schritt gehalten. Darüber hinaus ist aufgrund ihrer begrenzten Lebensdauer ein regelmäßiger Austausch notwendig und dies kann ein kostspieliger Prozess sein.

Eine der alternativen Lösungen untersuchten die Forscher des EU-finanzierte Projekts HIPER (High performance energy harvesters): kompakte Harvester für die Schwingungsenergieernte. Solche Mikrostromerzeuger können eine kontinuierliche Stromversorgung bieten und einen autonomen Betrieb ermöglichen.

Der derzeitige Standardansatz für die Schwingungsenergieernte basiert auf resonanten linearen Oszillatoren, die durch Bodenbewegungen, Maschinenschwingungen oder Körperbewegung angeregt werden. Die Wissenschaftler von HIPER schlugen einen anderen Ansatz vor, um den Großteil ihrer Einschränkungen zu überwinden.

Insbesondere untersuchten die Forscher, wie sich die Eigenschaften von resonanten linearen Oszillatoren mit denen von nicht-linearen Oszillatoren kombinieren lassen. Zum Beispiel kann man eine Suspension so konstruieren, dass sie entlang einer Achse nahezu keine Steifigkeit aufweisen, während sie entlang der anderen Achsen absolut steif bleibt. Dies ermöglicht sehr niedrige Resonanzfrequenzen, die selbst in einem kleinen Gerät erzielt werden können.

Mit herkömmlichen Mikrofabrikationstechniken wie Siliziumtiefenätzverfahren und Lasermikrobearbeitung wurde eine Reihe von Prototypen für Siliziumsuspensionen hergestellt. Die überlegene Performance dieser Konstruktionen wurde mithilfe der Finite-Elemente-Analyse bestimmt.

Zusätzliche experimentelle Arbeiten haben gezeigt, dass es möglich ist, Umgebungsvibration bei niedrigen Frequenzen und in einem weiten Frequenzbereich zu ernten.

Die Ergebnisse von HIPER machten das Potenzial von Mikroenergie-Harvestern für eine langlebige unabhängige Stromversorgung tragbarer Geräter deutlich.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

elektrische Energie, Energieernte, nichtlinearer Oszillator, Generator, Batterien, Siliziumsuspensionen
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