Energy harvesting from passive human motion
Pasif insan hareketinden enerji kazanımı
- Tez No: 292150
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. DENİZ YILDIRIM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2010
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 65
Özet
Son yirmi yıldır tümleşik devre elemanları teknolojisindeki gelişmeler temelinde hayatın her alanında hizmete sunulan elektronik aletlerin çeşitliliği artarak devam etmektedir. Taşınabilir elektronik aletlerinin kullanımı bireysel kullanımdan, biyomedikal ve askeri amaçlı uygulamalara kadar yaygınlaşmıştır. Buna ileve olarak son kullanıcıların bu cihazlara olan bağımlılığı bilgi teknolojilerindeki gelişmeler paralelinde artmaktadır.Ayrıca tümleşik devre tasarım teknolojisinin gelişimiyle beraber taşınabilir elektronik aletlerinin ağırlıkları ve hacimleri de küçülmektedir. Fakat bu cihazlarda güç kaynağı olarak kullanılan pillerin ağırlıkları ve hacimleri bu küçülmeyi sınırlayan en büyük etmenlerdir. Bunun en büyük sebebi ise pil teknolojisindeki ilerlemenin bu cihazlarda kullanılan diğer teknolojilere göre oldukça yavaş ilerlemesidir. Fakat bu cihazların kullanımda oluşan en büyük problem cihazlardaki mevcut güç kaynaklarının tükenebilir olmasıdir.İnsanın vücüt hareketleri incelendiğinde bu hareketleri yapmak için kullanılan güç miktarlarının oldukça fazla olduğu görülür. Bundan dolayı araştırmacılar taşınabilir elektroniklerde kullanılan pillere alternatif ya da yardımcı olarak insan hareketinden enerji kazanımı yöntemini öne sürmüşlerdir.Bu tezde enerji kazanımı yapılabilecek hareket tiplerinden bazıları incelenmiştir. İncelemelerde bazı parametreler göz önüne alınarak hareketin enerji kazanımı için uygunluğu tartışılmıştır. Bu parametreler iki başlık altında sıralanabilir. Birinci olarak kullanılacak elektronik aleti şarj edebilecek miktarda enerji kazanımı sağlanılmalıdır. İkincisi, enerji kazanım aletinin kişide oluşturduğu fizyolojik etkisi kişiyi rahatsız edecek düzeyde olmamalıdır. Bu ölçüler ele alındığında enerji kazanımına en uygun hareket tipinin yürüme olduğu saptanmıştır.Bundan sonra yürüme hareketi enerji kazanımı açısından dikey ve yatay bacak hareketi olarak iki bölümde incelenmiştir. Dikey ayak hareketi olan ayak içi kıvrılması ve topuk vuruşu hareketleri enerji kazanımı için en popüler hareket çeşitleridir. Piezo elektrik maddelerini ayakkabı altına koyarak bu hareket tiplerinden enerji kazanımı ile ilgili literatürde çok çalışmalar mevcuttur.Daha sonra bacağın yatay hareketine bağlı olarak yapılabilecek üç farklı enerji kazanımı tasarımından söz edilmiştir. Birincisi bir enerji kazanım jeneratörünün ayak kenarına monte edilerek rotor ve statorun birbirine göre hareketi neticesinde elektrik enerjisi üretmesi prenbine dayalı bir literatür çalışmasıdır. Bu tümleşik yapılı jeneratör tasarımında rotor gövdesi olarak kullanılan manyetik olmayan malzeme rotorun stator içerisinde kolayca hareket etmesini sağlar. Bundan başka yatay ayak hareketine bağlı olarak enerji kazanımı sağlayan iki yeni jenerator tasarımı önerilmiştir. Birincisi, rotor ve statorun ayrılıp iki bacağın iç yüzeylerine koyularak yapılan bir dizayndır. İkincisi rotor ve statorun birlikte ayak kenarına yerleştirildiği bir lineer jeneratör tasarımıdır. Fakat literatürdeki benzerlerinden farklı olarak endüklenen gerilimi artırmak amacıyla mıknatıslanma özelliği olan rotor çatısı kullanılmıştır.Son olarak da, sonlu elemanlar yönteminden faydalanarak önerilen yeni lineer jeneratorun boyutları ve özellikleri açısından uygulanabilirliğini gösteren analizler yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
For the last two decades in the basis of the development of integrated circuit elements, the variety of electronics used in all areas of life is continuing to increase. The use of portable electronics has grown up from individual usage to biomedical and military based applications. Moreover, the dependency of the end users to these electronics is increasing parallel to the developments in information technologies.Furthermore, with the growth of integrated circuit design technology, size and weight of portable electronics have been decreasing as well. However, the weight and size of batteries used in portable electronics are the main factors of limitations for becoming smaller of these devices. The main reason for this limitation is being much slower growth in battery technology than the other technologies employed in these electronics. However, the main problem in the use of portable electronics is the limited charge capacity of batteries.Investigating human body motions one employs high power levels to do these motions. Therefore, researchers have suggested harvesting human energy as an alternative or auxiliary way for batteries used in portable electronics.In this thesis it is examined some of the possible motion types which are benefited for energy harvesting. It is evaluated the parameters affecting the suitability of the motion that is used for energy harvesting. These parameters can be classified in two parts. First, it should be harvested enough power to charge battery of electronics used. Second, the physiological effects of the energy-harvesting instrument on human body should not create much stress on user. Based on these criterions, it is decided that walking is the most suitable motion type for energy harvesting.Next, motion of walking is divided into two parts as vertical and horizontal leg motions in terms of the ways of energy harvesting. Being vertical foot motions, bending of sole and heel strike are the most popular types of motions for energy harvesting. In literature, there are many studies about energy harvesting from these motions by inserting piezoelectric materials at the sole of a shoe.After, it is mentioned about three energy harvesting generator designs based on the horizontal motion of legs. The first one of these energy harvesting generators is based on to produce electrical energy by the principle of relative movement of its rotor to stator with placing it near the shoe of user, which is a literature study. In this linear generator design a nonmagnetic material used for the rotor body to sustain rotor easily move inside the stator. After that, it is suggested two novel energy harvesting generators based on the horizontal movement of legs. Firstly, it is proposed an energy harvesting generator of which rotor and stator are seperated from each other and placed interior sides of legs of user. Second suggestion is a linear generator design with stator and rotor placed together near the shoe of user. However, as distinct from simulants made in literature it uses a magnetic rotor core to increase the induced emf.Finally, some analyses are performed based on the finite elements method to show the feasibility of the novel proposed linear generator in terms of its dimensions and properties.
Benzer Tezler
- Broadband and high frequency piezoelectric energy harvesting system with curved panels for passive vibration isolator
Pasif titreşim izolatörü için kavisli panelli geniş bant ve yüksek frekanslı piezoelektrik enerji hasat sistemi
OSMAN KIZILTAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
EnerjiHacettepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİLSAY SÜMER
- Design and implementation of an interface circuit for piezoelectric energy harvesters
Piezoelektrik enerji üreteçleri için arayüz devresi tasarımı ve uygulaması
SALAR CHAMANIAN
Doktora
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALUK KÜLAH
DOÇ. DR. ALİ MUHTAROĞLU
- Reconfigurable intelligent surface (RIS) for UAV communication links improvement
İHA iletişim bağlantılarının iyileştirilmesi için yeniden yapılandırılabilir akıllı yüzey (RIS)
NAMEER MUFEED SALIH AL-GBURI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Gelişim ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MAHMOUD HK. ALDABABSA
- Tam-çift yönlü bilişsel röle ağları için enerji hasatlamalı yeni bir spektrum paylaşım protokolü
An energy-harvesting spectrum sharing protocol for cognitive full-duplex relaying networks
HÜSEYİN ONUR BAKTIROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN ÜMİT AYGÖLÜ
- Gelecek nesil kablosuz haberleşme ağları için enerji hasatlama sistemleri
Energy harvesting systems for next generation wireless communication networks
DOĞAY ALTINEL
Doktora
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜNEŞ ZEYNEP KARABULUT KURT