Elektromechanischer Energiewandler auf Basis eines piezokeramischen BiegebalkensElectromechanical Energy Harvester Based on a Piezoceramic Bending Cantilever

Abstract

Zusammenfassung Es wird ein elektromechanischer Energiewandler vorgestellt, der auf dem piezoelektrischen Wandlungsprinzip in Form eines Biegebalkens beruht. Er wandelt Umgebungs-Vibrationen in elektrische Energie. Ausgehend vom bekannten Aufbau mit konstantem Balkenquerschnitt wird der Energieertrag durch Modifikation des Balkenprofiles erhöht. Im Hinblick auf eine praktische Realisierbarkeit wird die analytisch gefundene optimale Geometrie durch ein lineares Profil approximiert. Die Ergebnisse werden mittels einer Finite-Elemente-Simulation verifiziert. Am Beispiel einer Vakuumpumpe als Schwingungserreger wird die Funktionsfähigkeit des Wandlers demonstriert. Es kann eine Leistung von 15mW und eine Leistungsdichte von 670W/m3 bei ohmscher Beschaltung erreicht werden. Eine selbstversorgende Elektronik wandelt die gewonnene Wechselspannung auf ein stabiles -3V-Potenzial.