Energian kerääminen mekaanisesta värähtelystä induktiivisilla menetelmillä
Välitalo, Jarkko (2018)
2018
Sähkötekniikka
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta – Faculty of Computing and Electrical Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2018-12-05
Julkaisun pysyvä osoite on
http://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201811212676
http://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201811212676
Tiivistelmä
Tämän työn tavoitteena on ymmärtää induktiivisten keräimien sähköiseen kuormaan tuottaman tehon suuruuteen vaikuttavia tekijöitä. Tämän lisäksi työssä kehitetään lineaarisesti toimivaa prototyyppikeräintä, jossa hyödynnetään induktiivista energianmuutostekniikkaa. Kehitystyön tavoitteena on saada induktiivinen keräin tuottamaan kokonaisuudessaan matalatehoisen elektroniikan tarvitseva sähköenergia mekaanisesta värähtelystä, jolloin käytännön sovelluksissa saavutettaisiin riippumattomuus erillisistä pattereista ja akuista.
Diplomityön on jaoteltu kahteen osioon. Kirjallisuustutkimuksessa perehdytään yksinkertaisen lineaarisesti toimivan induktiivisen keräimen toimintaperiaatteeseen ja sen matemaattiseen mallintamiseen. Keräimen yksinkertaisen rakenteen ansiosta sen käyttäytyminen tunnetaan hyvin ja sen tuottaman tehoon vaikuttavat fysikaaliset tekijät on voitu mallintaa tarkasti. Tämän lisäksi kirjallisuusosiossa esitellään lyhyesti menetelmiä, joilla induktiivisen keräimen suorituskykyä voidaan potentiaalisesti kasvattaa. Kirjallisuudessa on esitetty useita lineaarisia ja epälineaarisia menetelmiä, joilla on pystytty kasvattamaan induktiivisen keräimen tuottamaa tehoa tai sen taajuuskaistaa. Diplomityön tutkimusosassa rakennetaan kaksi prototyyppikeräintä, joiden toimintaa ja tehokkuutta mitataan altistettuna voimakkuuksiltaan eri suuruisille ulkoisille värähtelyille. Mittauksilla on tarkoituksena selvittää, voidaanko induktiivinen keräin miniatyrisoida kompaktiin kokoon siten, että se pystyy vielä tuottamaan riittävän määrän tehoa elektroniikan tarpeisiin.
Rakennettujen induktiivisten keräimien mittauksissa ulkoisena energianlähteenä käytettiin amplitudiltaan muutaman millimetrin suuruista mekaanista värähtelyä. Värähtelyn voimakkuutta kasvatettiin mittausten aikana asteittain ja keräimien kokema kiihtyvyys nousi jopa 90g:en. Prototyyppikeräin 1 tuotti mittauksissa parhaimmillaan 349,6 mW:n maksimi- sekä 139,7 mW:n jatkuvan keskimääräisen tehon. Vastaavasti prototyyppikeräin 2:lle mitattiin parhaimmillaan 212,4 mW:n maksimi- ja 76,46 mW:n jatkuva keskimääräinen teho. Molempien keräimien tuottaman tehon arvioidaan hyvin riittävän matalatehoisen elektroniikan tarpeisiin.
Diplomityön on jaoteltu kahteen osioon. Kirjallisuustutkimuksessa perehdytään yksinkertaisen lineaarisesti toimivan induktiivisen keräimen toimintaperiaatteeseen ja sen matemaattiseen mallintamiseen. Keräimen yksinkertaisen rakenteen ansiosta sen käyttäytyminen tunnetaan hyvin ja sen tuottaman tehoon vaikuttavat fysikaaliset tekijät on voitu mallintaa tarkasti. Tämän lisäksi kirjallisuusosiossa esitellään lyhyesti menetelmiä, joilla induktiivisen keräimen suorituskykyä voidaan potentiaalisesti kasvattaa. Kirjallisuudessa on esitetty useita lineaarisia ja epälineaarisia menetelmiä, joilla on pystytty kasvattamaan induktiivisen keräimen tuottamaa tehoa tai sen taajuuskaistaa. Diplomityön tutkimusosassa rakennetaan kaksi prototyyppikeräintä, joiden toimintaa ja tehokkuutta mitataan altistettuna voimakkuuksiltaan eri suuruisille ulkoisille värähtelyille. Mittauksilla on tarkoituksena selvittää, voidaanko induktiivinen keräin miniatyrisoida kompaktiin kokoon siten, että se pystyy vielä tuottamaan riittävän määrän tehoa elektroniikan tarpeisiin.
Rakennettujen induktiivisten keräimien mittauksissa ulkoisena energianlähteenä käytettiin amplitudiltaan muutaman millimetrin suuruista mekaanista värähtelyä. Värähtelyn voimakkuutta kasvatettiin mittausten aikana asteittain ja keräimien kokema kiihtyvyys nousi jopa 90g:en. Prototyyppikeräin 1 tuotti mittauksissa parhaimmillaan 349,6 mW:n maksimi- sekä 139,7 mW:n jatkuvan keskimääräisen tehon. Vastaavasti prototyyppikeräin 2:lle mitattiin parhaimmillaan 212,4 mW:n maksimi- ja 76,46 mW:n jatkuva keskimääräinen teho. Molempien keräimien tuottaman tehon arvioidaan hyvin riittävän matalatehoisen elektroniikan tarpeisiin.