Pietsosähköinen energiankeräys kävelystä cymbal ja kalvotyppisillä rakenteilla
Väitöstilaisuuden tiedot
Väitöstilaisuuden päivämäärä ja aika
Väitöstilaisuuden paikka
Linnanmaa, Oulun yliopisto, TS 101
Väitöksen aihe
Pietsosähköinen energiankeräys kävelystä cymbal ja kalvotyppisillä rakenteilla
Väittelijä
DI Jaakko Palosaari
Tiedekunta ja yksikkö
Oulun yliopiston tutkijakoulu, Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta, Mikroelektroniikan laboratoriot
Oppiaine
Mikroelektroniikka
Vastaväittäjä
Prof. Ahmad Safari, Glen Howatt Electronic Materials Laboratory, Dep. of Material Science and Engineering, Rutgers University, NJ
Toinen vastaväittäjä
Prof. Tim Button, School of Metallurgy and Materials, University of Birmingham, Edgbaston, UK
Kustos
Dosentti Jari Juuti, Oulun yliopisto
Energiankeräys kävelystä
Väitöskirjassa kehitettiin rakenteita, joilla voidaan kerätä energiaa esimerkiksi kävelystä hyödyntämällä kineettisen energian sähköiseksi muuttavaa pietsosähköistä ilmiötä.
Monet elektroniset laitteet ympäröivät meitä jokapäiväisessä elämässämme. Pienitehoisten elektronisten laitteiden eksponentiaalinen kasvu teollisuudessa, terveyssektorilla, puolustusteollisuudessa, kulkuneuvoissa sekä kannettavassa kulutuselektroniikassa on johtanut suureen tarpeeseen kehittää järjestelmiin integroituvia energialähteitä. Energiankeräys ympäristöstä mahdollistaa myös itsenäiset langattomat anturit, joilla voidaan esimerkiksi valvoa valmistusprosesseja tai varoittaa työntekijöitä vaarallisista olosuhteista.
Väitöstyö keskittyi pietsosähköisten keraamien hyödyntämiseen energiankeräyksessä matalataajuisista mekaanisista voimista. Kaksi erilaista rakennetta suunniteltiin, valmistettiin ja optimoitiin sovellusalueena ihmisen kävely. Kantapäähän kohdistuva kineettinen energia kävelyn aikana analysoitiin mallinnusohjelmistolla ja mittaamalla energiankeräimen sähköinen vaste. Tuloksien avulla suunniteltiin ja toteutettiin kävelyprofiilia imitoiva mekaaninen laite, jonka liikkeen avulla tutkittiin syntyvän voiman nopeuden, vaiheen ja suuruuden vaikutusta energiankeräyksen hyötysuhteeseen ja saatavaan tehoon. Rakenteen toimivuus testattiin myös todellisessa ympäristössä integroimalla se juoksukenkään.
Kehitetyllä pietsosähköisellä energiankeräimellä saavutettiin korkeimmat raportoidut energiatiheydet käytetyllä taajuusalueella. Tulosten valossa energiankeräin voisi ladata elektronisen laitteen akkua tai mahdollistaa pienitehoisten laitteiden toimivuuden ainoana virtalähteenä.
Monet elektroniset laitteet ympäröivät meitä jokapäiväisessä elämässämme. Pienitehoisten elektronisten laitteiden eksponentiaalinen kasvu teollisuudessa, terveyssektorilla, puolustusteollisuudessa, kulkuneuvoissa sekä kannettavassa kulutuselektroniikassa on johtanut suureen tarpeeseen kehittää järjestelmiin integroituvia energialähteitä. Energiankeräys ympäristöstä mahdollistaa myös itsenäiset langattomat anturit, joilla voidaan esimerkiksi valvoa valmistusprosesseja tai varoittaa työntekijöitä vaarallisista olosuhteista.
Väitöstyö keskittyi pietsosähköisten keraamien hyödyntämiseen energiankeräyksessä matalataajuisista mekaanisista voimista. Kaksi erilaista rakennetta suunniteltiin, valmistettiin ja optimoitiin sovellusalueena ihmisen kävely. Kantapäähän kohdistuva kineettinen energia kävelyn aikana analysoitiin mallinnusohjelmistolla ja mittaamalla energiankeräimen sähköinen vaste. Tuloksien avulla suunniteltiin ja toteutettiin kävelyprofiilia imitoiva mekaaninen laite, jonka liikkeen avulla tutkittiin syntyvän voiman nopeuden, vaiheen ja suuruuden vaikutusta energiankeräyksen hyötysuhteeseen ja saatavaan tehoon. Rakenteen toimivuus testattiin myös todellisessa ympäristössä integroimalla se juoksukenkään.
Kehitetyllä pietsosähköisellä energiankeräimellä saavutettiin korkeimmat raportoidut energiatiheydet käytetyllä taajuusalueella. Tulosten valossa energiankeräin voisi ladata elektronisen laitteen akkua tai mahdollistaa pienitehoisten laitteiden toimivuuden ainoana virtalähteenä.
Viimeksi päivitetty: 23.1.2024