Umgebungsenergie nutzen Energy Harvester versorgt dezentrale Funk-Sensoren

Funk-Sensor-Knoten für Überwachungsaufgaben könnten künftig energieautark von einem Harvester versorgt werden. In einem Forschungsprojekt wollen Wissenschaftler einen elektrodynamischen Vibrations-Harvester bauen.

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Institut für Mikroelektronik- u. Mechatronik-Systeme gGmbH

Panasonic Industry Europe GmbH

Eurocircuits GmbH

NCAB Group Germany GmbH

Mit einem Energy-Harvester lässt sich die Umgebungsenergie in elektrische Energie umwandeln. Damit kann ein energieautarker Funk-Sensor-Knoten beispielsweise in der Industrie aufgebaut werden, um Abläufe zu überwachen. Notwendige Wartungs- und Installationskosten sinken. Gerade mit Blick auf den vermehrten Einsatz von Sensoren zur Überwachung ist eine autarke Energieversorgung sinnvoll.

Im Forschungsprojekt „ECo-Harvester“ soll eine computergestützt Entwurfsmethodik für das Co-Design aus Mechanik und Elektronik für elektrodynamische Vibrations-Harvester entwickelt werden, um abhängig von gegebenen Anforderungen das bestmögliche Harvesting-System ableiten zu können.

Dreijähriges Forschungsprojekt

Am Projekt „ECo-Harvester“ arbeiten die Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. und das IMMS Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme gemeinnützige GmbH (IMMS) zusammen. Gestartet war das dreijährige DFG-Forschungsprojekt „ECo-Harvester – Entwurfsmethodik für das Co-Design von mechanischer Struktur und Schnittstellenschaltung elektrodynamischer Energy-Harvester“ Anfang Februar und ist auf drei Jahre angesetzt.

„Wir wollen nicht einfach zwei Komponenten zusammenbauen, sondern streben eine Gesamtsystemauslegung an. Das Optimum des Gesamtsystems ist eben nicht immer das jeweilige Optimum der Teilsysteme“, erklärte Prof. Dr. Ralf Sommer, wissenschaftlicher Geschäftsführer des IMMS. Diese Gesamtsystemsicht sei notwendig, damit sich die Effizienz des Systems steigern lasse, also mehr Leistung liefere bzw. bei gleicher Leistung kleiner gebaut werden könne, erzählt Sommer weiter. Ein solcher Ansatz erweitert den Stand der Technik, da aktuell die Komponenten vielmals getrennt voneinander entwickelt werden.

Harvester-Design und Schnittstellenschaltung

Das IMMS wird den Schwerpunkt auf die mechanische Modellierung inklusive magnetischer Felder und mechanischer Dämpfung der Energy-Harvester legen, mit denen Energie aus Vibrationen gewonnen wird. Hahn-Schickard fokussiert sich auf die Frontendschaltungen mit hoher Effizienz bzw. geringen Verlusten, um damit die Energie aus der Harvester-Mechanik in geeigneter Form für Sensorsysteme bereitzustellen.

„Da beide Partner über ihre Schwerpunkte hinaus vor allem das Zusammenspiel von Harvester-Design und Schnittstellenschaltung betrachten, können wir Synergieeffekte nutzen“, sagte Dr.-Ing. Thorsten Hehn, Gruppenleiter für elektronische Systeme bei Hahn-Schickard. Mit einer entsprechenden Modellierung kann für gegebene Rahmenbedingungen, wie beispielsweise Signalform, Frequenz und Amplitude der Anregung oder Baugröße des Harvesters, ein optimales Gesamtkonzept aus den Topologien für den Harvester und der Schnittstellenschaltung inklusive der Parameterbestimmung generiert werden.

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