Vibration Based Nonlinear Broadband Energy Harvesting

• Applicant: Professor Dr. Peter Hagedorn
• Subject Area: Mechanics
• Term: from 2012 to 2018
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 210883424

Beim „energy harvesting“ werden Körperschall und Umgebungsschwingungen mittels Piezoelektrizität oder elektrischer Induktion in abzuspeichernde elektrische Energie umgewandelt, die später zum Be-trieb kleiner Geräte oder Sensoren verwendet wird. Dabei werden bisher meist lineare Oszillatoren in Resonanz betrieben und auf die Umgebungsstruktur abgestimmt. In der Praxis werden diese Systeme aber oft durch ein Frequenzgemisch bzw. durch stochastische Schwingungen erregt, so dass auf eine bestimmte Frequenz abgestimmte Systeme in realistischen Umgebungen nicht optimal arbeiten wer-den. Vor kurzem wurde vorgeschlagen, nichtlineare Effekte zu nutzen um diese Schwierigkeiten zu umgehen. Es wurde gezeigt, dass zum Beispiel Kragbalken, die infolge bestimmter Magnetfelder zwei stabile Gleichgewichtslagen und damit Durchschlagverhalten aufweisen, relativ breitbandig betrieben werden können. Eine neue Idee ist, bi-stabile Platten aus Verbundmaterial für „energy harvesting“ einzusetzen, und erste Versuche sind erfolgversprechend. Gestaltung und Material dieser Verbund-platten lassen einen großen Spielraum für breitbandigen Betrieb und die Bi-Stabilität lässt sich damit leicht erzeugen. Diese Eigenschaften der plattenartigen Strukturen bringen daher erhebliche Vorteile gegenüber den bisher untersuchten Konzepten für das „energy harvesting“ mit sich. Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist es, neue bi-stabile „energy harvester“ mit plattenartigen Oszillatoren zu modellieren und zu optimieren, zu bauen und im Experiment zu testen. Dabei werden auch die ver-schiedenen Schaltkreise zur Energiekonversion miteinander verglichen und gemeinsam mit dem me-chanischen System getestet.

• DFG Programme: Research Grants