Vibration-based electromagnetic energy harvesters for MEMS applications
Notice bibliographique
Résumé
This thesis investigates vibration-based electromagnetic energy harvesters (EMEHs) for application in low power autonomous sensors. It makes contributions pertaining to the development of a low cost fabrication technology, analytical modeling, simulations and characterization of EMEHs under harmonic and random vibrations. A novel, low cost, one mask fabrication technology devised in this thesis is used to develop a copper foil-type linear EMEH, and a polydimethylsiloxane (PDMS) membrane type nonlinear EMEH. The voltage and power generated by these harvesters are comparable to existing EMEHs which use more involved fabrication processes. In the membrane type EMEH the inclusion of a more flexible PDMS membrane design reduces the harvester resonant frequency and makes it suitable for extracting energy from low level vibration environments. For acceleration levels greater than 0.1 g, this harvester exhibits a nonlinear behaviour. At higher levels of narrow band random excitations, the device therefore exhibits broadening of the load voltage spectrum in comparison to the response under relatively low levels of narrow band random excitations. Analytical models for linear EMEHs with non-uniform magnetic field for harmonic vibrations are developed. A simple analytical model based on Faraday’s law and uniform gradient of the normal component of the magnetic flux density is developed for EMEHs where the entire coil experiences approximately the same gradient of the normal component of the magnetic flux density. However, for EMEHs where the entire coil is not exposed to the same magnetic flux gradient a more robust model, based on the off-center analytical solution of the magnetic flux density is devised. The simulation results of the developed models are in good agreement with the experimental observations. Analytical models for linear and nonlinear EMEHs under random vibrations are derived. The models are parameterized such that they are applicable to all architectures of EMEHs and can be utilized for designing and performance estimation of EMEHs. Nonlinear harvesters with spring nonlinearity and with combined spring and damping nonlinearity are modeled using the statistical linearization method. The developed models are useful in investigating the effects of the mechanical nonlinearity on the performance and bandwidth of the harvesters under random vibrations.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».