Entwurfsmethodik für das Co-Design von mechanischer Struktur und Schnittstellenschaltung elektrodynamischer Energy-Harvester

Abstract

Energy Harvesting ermöglicht die Umwandlung von Umgebungsenergie in elektrische Energie, um energieautarke Funk-Sensor-Knoten zu betreiben. Dies eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten für Industrie 4.0 und das Internet der Dinge, in denen viele Sensoren dezentral eingesetzt werden. Im durchgeführten Forschungsprojekt wurde eine Entwurfsmethodik zum Co-Design aus Mechanik und Elektronik für elektromechanische Vibrations-Harvester entwickelt. Ziel war ein optimales System, das Synergien zwischen Mechanik und Elektronik nutzt. Durch eine modellbasierte Entwicklung konnte ein Gesamtkonzept aus Harvester und Lastanpassungs-Elektronik erarbeitet werden, das Parameter wie Signalform, Frequenz und Baugröße berücksichtigt. Verschiedene Modellierungsansätze wurden evaluiert, um eine optimale Abstraktionsebene zu finden. Dabei wurde ein Kompromiss zwischen Genauigkeit und Rechenaufwand erreicht. Zur Validierung der Ergebnisse wurde ein Harvester gefertigt und getestet. Ein ASIC wurde implementiert, simuliert und gefertigt, konnte aber messtechnisch nicht validiert werden.