Vývoj hybridního zdroje elektrické energie pracující na vodní hladině
Loading...
Date
Authors
Moravec, Jakub
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Tato práce se zabývá návrhem, vývojem a testováním hybridního energy harvesting zařízení určeného pro získávání elektrické energie z mechanického nízkofrekvenčního vlnění mořské hladiny. Navržený systém kombinuje elektromagnetický a piezoelektrický princip přeměny energie, čímž se zvyšuje jeho účinnost i funkčnost při různých typech buzení. Zařízení je koncipováno jako součást autonomních plovoucích měřicích systémů, kde nahrazuje nebo doplňuje tradiční bateriové napájení. Konstrukce elektromagnetického rezonátoru je laděna na vlastní frekvenci 1 Hz a důležitým faktorem během návrhu je mechanický kontakt mezi tělesy. Piezoelektrická část zařízení je založena na principu kmitajícího vetknutého nosníku. Laboratorní vzorek byl zhotoven a testován při kinematickém buzení simulujícím podmínky mořské hladiny. Výsledky měření potvrdily funkčnost zařízení, kdy pro amplitudu úhlové výchylky buzení 30° byl průměrný kombinovaný výkon generovaný zařízením 0,62 mW. V závěru práce byla provedena analýza generovaného výkonu z hlediska využití pro napájení IoT zařízení, což potvrdilo, že zařízení dokáže generovat dostatečné množství energie pro periodické odesílání dat.
This thesis focuses on the design, development, and testing of a hybrid energy harvesting device designed to extract electrical energy from low-frequency mechanical wave motion of the sea surface. The proposed system combines electromagnetic and piezoelectric energy conversion principles, enhancing both its efficiency and operational range under various excitation conditions. The device is intended as a power source for autonomous floating measurement systems, replacing or supplementing traditional battery-based power supplies.The electromagnetic resonator is tuned to a natural frequency of 1 Hz, with mechanical interaction between internal components being a key design factor. The piezoelectric section of the system is based on the principle of a vibrating cantilever beam. A aboratory prototype was fabricated and tested under kinematic excitation simulating sea surface conditions. Experimental results confirmed the functionality of the system; at an angular excitation amplitude of 30°, the average combined output power reached 0.62 mW. In the final part of the thesis, an analysis of the generated power with respect to the energy requirements of IoT devices was carried out. The results confirm that the harvester is capable of generating sufficient energy for periodic data transmission.
This thesis focuses on the design, development, and testing of a hybrid energy harvesting device designed to extract electrical energy from low-frequency mechanical wave motion of the sea surface. The proposed system combines electromagnetic and piezoelectric energy conversion principles, enhancing both its efficiency and operational range under various excitation conditions. The device is intended as a power source for autonomous floating measurement systems, replacing or supplementing traditional battery-based power supplies.The electromagnetic resonator is tuned to a natural frequency of 1 Hz, with mechanical interaction between internal components being a key design factor. The piezoelectric section of the system is based on the principle of a vibrating cantilever beam. A aboratory prototype was fabricated and tested under kinematic excitation simulating sea surface conditions. Experimental results confirmed the functionality of the system; at an angular excitation amplitude of 30°, the average combined output power reached 0.62 mW. In the final part of the thesis, an analysis of the generated power with respect to the energy requirements of IoT devices was carried out. The results confirm that the harvester is capable of generating sufficient energy for periodic data transmission.
Description
Keywords
Hybridní energy harvesting, Elektromagnetická indukce, Piezoelektrický jev, Elektromechanický rezonátor, Piezoelektrický nosník, Monitorování mořského prostředí, Pohyb mořské hladiny, Internet věcí (IoT), Hybrid energy harvesting, Electromagnetic induction, Piezoelectric effect, Electromechanical resonator, Piezoelectric beam, Marine environment monitoring, Sea surface motion, Internet of Things (IoT)
Citation
MORAVEC, J. Vývoj hybridního zdroje elektrické energie pracující na vodní hladině [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2025.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
bez specializace
Comittee
RNDr. Vladimír Opluštil (předseda)
doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Jiří Krejsa, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radoslav Cipín, Ph.D. (člen)
Ing. Dalibor Červinka, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Bastl, Ph.D. (člen)
Ing. Peter Zavadinka, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Brablc, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2025-06-12
Defence
Při obhajobě student nejprve prezentoval svoji diplomovou práci, následně byly přečteny posudky a student odpovídal na dotazy oponenta. Poté byly členy komise položeny následující otázky:
Máte představu jaký výkon by jste potřeboval pro satelitní přenos?
Nebylo by vhodnější uzavřít magnetický obvod?
Z čeho jste vycházel při dimenzování zařízení?
Obhajoba byla komisí hodnocena jako výborná
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení