مدلسازي، طراحي و بهينه سازي يك سيستم برداشت انرژي ارتعاشي الكترواستاتيكي به منظور دستيابي به حداكثر بازده انرژي

كارشناسي ارشد

امروزه با توسعه سيستم¬هاي ميكروالكترومكانيكي و نياز به برداشت كننده¬هاي انرژي، تحقيقات گسترده¬اي در مورد سيستم¬هاي برداشت انرژي، به ويژه سيستم هاي الكترواستاتيك انجام شده است. نقش ژنراتورهاي الكترواستاتيك بدون الكترت بسيار مهم است زيرا اين نوع ژنراتورها با فناوري MEMS و CMOS بسيار سازگار هستند و در اندازه هاي كوچك، بسيار فشرده و كارآمد هستند. در اين ژنراتورها از اثر خازني بين دو صفحه فلزي براي تبديل انرژي مكانيكي به انرژي الكتريكي استفاده مي كنند. مدل-سازي ظرفيت خازني بين دو صفحه فلزي در يك نانوژنراتور الكترواستاتيك نقش كليدي در طراحي، تجزيه و تحليل عملكرد و بهينه سازي ساختار اين نوع ژنراتورها دارد. ژنراتورهاي الكترواستاتيك با الكترودهاي دوره¬اي نشان دهنده ظرفيت توليد انرژي بالا و حساسيت بالا به ارتعاشات بسيار كوچك هستند و بنابراين، براي دستگاه هاي برداشت كننده ي انرژي¬مقياس¬كوچك، بيشتر مناسب هستند. اين پژوهش، معادله هاي رياضي را براي محاسبه ظرفيت هاي خازني در ساختار الكترودهاي شياري دوره¬اي، با در نظر گرفتن اثر ميدان هاي حاشيه¬اي با توسعه يك مدل نيمه تجربي، بر اساس مدل هاي تحليلي موجود كه با استفاده از تكنيك نگاشت كانفورمال به دست آمده است، ارائه مي دهد. فرمول بدست آمده براي مدلسازي خازن ها براي ساختار الكترودهاي دوره¬اي داراي درصد خطاي كمتر از 2 درصد براي ساختار الكترودهاي شياري دوره اي و خطاي 5 درصد براي الكترود هاي شطرنجي مي باشد و اين مدل براي ساختار سه بعدي، ارائه شده است. فرمول بدست آمده از پارامترهاي ابعادي هر الكترود و همچنين تعداد الكترودها را به عنوان ورودي استفاده مي نمايد. فرمول به دست آمده توسط نرم افزار COMSOL تأييد شده است. سرانجام، فرمول هاي توسعه يافته براي محاسبه انرژي توليد شده از دستگاه برداشت كننده الكترواستاتيك با الكترودهاي دوره¬اي استفاده مي شود. نتايج نشان داد كه مي توان با تنظيم عرض و فاصله ي بين الكترودهاي يك افزاره¬ي برداشت كننده ي انرژي با يك مساحت مشخص، توان خروجي بيشتر از 40 درصد را بدست آورد.

211159

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي برق گرايش افزاره هاي ميكرو و نانوالكترونيك

دكتر جواد ياوند حسني