Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Piezoelektrisk energiskördning för oregelbundna lågfrekventa rörelser
KTH, School of Information and Communication Technology (ICT).
KTH, School of Information and Communication Technology (ICT).
2016 (Swedish)Independent thesis Basic level (professional degree), 10 credits / 15 HE creditsStudent thesisAlternative title
Piezoelectric Energy Harvesting for Irregular Low Frequency Motions (English)
Abstract [sv]

Energiskördning är idag ett växande område och är framstående sett till hållbarhetsaspekterna. Vibrationsbaserad sådan har blivit allt populärare där man kan utnyttja mekanisk energi från olika källor till att generera elektrisk energi. Piezoelektricitet fungerar enligt denna princip och piezoelektrisk energiskördning har varit ett område som fler och fler utnyttjar på grund av dess effektivitet, exempelvis till trådlösa sensornätverk. Ett krav på att piezoelektrisk energiskördning ska fungera optimalt är att vibrationerna sker med en satt frekvens utan större variation, ofta i väldigt höga frekvenser.

Syftet med detta projekt är att anpassa denna teknik till mänskliga rörelser vilket kan göra den mer användbar och ett tänkt ändamål kan vara ett demonstrationsexempel för oregelbundna rörelser vid låga frekvenser, precis som mänskliga rörelser. Utmaningen lägger därmed i att utveckla en piezoelektrisk energiskördare som har ett frekvensområde inom mänskliga rörelsers frekvenser på 4 till 7 Hertz, där effektiviteten fortfarande kan vara hög. Detta har beprövats med vibrationsplatta. Vad som observerades var att med flera piezoelektriska material på konsolbalkar i kolfiber av olika dimensioner med olika vikter längst ut, uppstod ett frekvensområde inom mänskliga området med höga spänningar. För att göra det möjligt behövdes vikterna ha en stor massa av upp till hundratals gram så att resonansfrekvenserna kunde vara inom nämnt frekvensområde.

Då piezoelektriska material ger en växelspänning, måste spänningen likriktas. Detta gjordes med två olika gränssnitt med ett mönsterkort tillverkat för vardera. Dessa gränssnitt är ett klassiskt som helt enkelt likriktar spänningen, medan den andra, Parallel Synchronized Switch Harvesting on the Inductor (P-SSHI), ska maximera spänningen och effekten. Det visade sig att det inte blev lika lyckat som planerat. Det klassiska gränssnittet gav en likspänning som var nästan lika hög som den inmatade växelspänningen medan det inte gällde för P-SSHI.

Abstract [en]

Today energy harvesting is an area on the rise and is outstanding in regards to the environmental aspects. Vibration based energy harvesting has become popular where it uses mechanical energy from different sources to produce electrical energy. Piezoelectricity operates according to this principle and piezoelectric energy harvesting has been an area more are using because of its efficiency, with applications such as wireless sensor networks. One demand for piezoelectric energy harvesting to work optimally is that the vibration source must have a well known frequency with minor deviations and this in usually very high frequencies.

The purpose of this thesis is to adapt this technology to human motions which could make it even more useful and a proposed usage is a demo product for irregular motions of low frequency, just like human motions. The challenge is hence to create a piezoelectric energy harvester which has a frequency range within the human motions’ frequencies of 4 to 7 Hertz, where the efficiency still could be high. This has been tested using a vibration exciter. What was noticed was that with multiple piezoelectric materials on cantilever beams of carbon fibre with different dimensions and tip masses, a frequency range within human range with high voltages could be created. To make this possible, the masses needed to have a significant mass of up towards hundreds of grams in order for the resonance frequencies to be within the stated frequency range.

As the piezoelectric materials provide an AC voltage, the voltage needs to be rectified. This was done with two different interfaces with a PCB created for each. These interfaces are a classic one which simply rectifies the voltage, while the other, Parallel Synchronized Switch Harvesting on the Inductor (PSSHI), is supposed to maximize the voltage and power. This did not turn out to be as successful as predicted. The classical interface delivered a DC voltage almost as much as the provided AC voltage while the P-SSHI interface did not.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , 60 p.
Series
TRITA-ICT-EX, 2016:35
Keyword [en]
Piezoelectricity, energy harvesting, P-SSHI, carbon fibre beam, low frequency irregular vibrations
Keyword [sv]
Piezoelektricitet, energiskördning, P-SSHI, kolfiberbalk, lågfrekventa oregelbundna vibrationer
National Category
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-191140OAI: oai:DiVA.org:kth-191140DiVA: diva2:955031
Educational program
Bachelor of Science in Engineering - Electronics and Computer Engineering
Examiners
Available from: 2016-08-24 Created: 2016-08-24 Last updated: 2016-08-24Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2641 kB)4 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2641 kBChecksum SHA-512
6712010e0774dfab7cf8974415c69ab5f6c6a0a29b0e32c31546c3fd2a75faa89b7932f3163a9fa197b3157483f4d190d258b0e1d1ba413cf8898e9edbd966ad
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Information and Communication Technology (ICT)
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 4 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 19 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link