Drahtlose Energieversorgung für Sensoren –Konzepte und praktische Realisierungen

Drahtlose Energieversorgung für Sensoren – Konzepte und praktische Realisierungen Detlef.Billep@enas.fraunhofer.de Fraunhofer ENAS Center for Microtechnologies at TU Chemnitz Page 1 Fraunhofer ENAS detlef.billep@enas.fraunhofer.de Gliederung 1 Fraunhofer ENAS & ZfM der TU Chemnitz 2 Energiekonverter für Sensoranwendungen 3 Praxisrelevante Projekte Page 2 Fraunhofer ENAS detlef.billep@enas.fraunhofer.de Die Fraunhofer-Gesellschaft Forschung und Entwicklung  anwendungsorientierte Forschung zum unmittelbaren Nutzen für Unternehmen und zum Vorteil der Gesellschaft  anwendungsorientierte Grundlagenforschung  Ressortforschung für das Bundesverteidigungsministerium Unternehmertum  Institute arbeiten als Profit-Center  ein Drittel des Budgets sind Einnahmen aus Industrieprojekten  Ausgründungen durch Fraunhofer-Forscher werden gefördert Vertragspartner/Auftraggeber  Industrie- und Dienstleistungsunternehmen  öffentliche Hand Page 3 Fraunhofer ENAS Zentrale/P2/Stand: 1-2009 detlef.billep@enas.fraunhofer.de Die Fraunhofer-Gesellschaft jährliches  ca. 1,4 Mrd Euro Forschungsvolumen davon  ca. 1 Mrd Euro Vertragsforschung erwirtschaftet  ca. zwei Drittel aus Erträgen aus - Industrieprojekten sowie aus - öffentlich finanzierten Forschungsprojekten  ca. ein Drittel von Bund und Ländern für die Vorlaufforschung (Problemlösungen, die in fünf oder zehn Jahren für Wirtschaft und Gesellschaft aktuell sein werden) Page 4 Fraunhofer ENAS Zentrale/P2/Stand: 1-2009 detlef.billep@enas.fraunhofer.de Fraunhofer ENAS, Start-up building & ZfM cleanroom Page 5 Fraunhofer ENAS detlef.billep@enas.fraunhofer.de Equipment and service offers • ZfM facilities include 1000 m2 of clean rooms • 300 m2 clean room class 10 (ISO 4) • processing of 100 mm, 150 mm and 200 mm wafers Page 6 Fraunhofer ENAS detlef.billep@enas.fraunhofer.de A view into the 1000 m2 clean rooms of the Center for Microtechnologies (ZfM) Page 7 Fraunhofer ENAS detlef.billep@enas.fraunhofer.de Chemnitz University of Technology Basic Research Applied Research Page 8 Fraunhofer ENAS detlef.billep@enas.fraunhofer.de ENAS • Development of micro and nano components and systems Fraunhofer • Printing technologies for functional layers and components ENAS • System integration technologies and Interconnect technologies • Reliability and characterization of components and systems • Basic research focus on nano materials and technology ZfM • Design methodology of systems and components • Basic processes for demonstrators (sensors, actuators, arrays, BEOL) Page 9 Fraunhofer ENAS detlef.billep@enas.fraunhofer.de Fraunhofer Research Institution for Electronic Nano Systems (Fraunhofer ENAS) Director: Prof. Dr. T. Gessner Rep.-Office Deputy Director: Prof. Dr. T. Otto Rep.-Office Shanghai/China Shanghai/China Adminstration Head: Mr. Höppner Multi Device Micro Materials Printed Back-end System Advanced System Integration Center Functionalities of Line Packaging Engineering Head: Prof. Otto Head: Prof. Michel Head: Prof. Baumann Head: Prof. Schulz Head: Dr. Wiemer Head: Dr. Hedayat • Group: • Group: Reliability • Group: • Group: Processes, • Group: MEMS/NEMS of Micro and Nano Printed Materials and Wireless & Prof. Otto/ Systems - Dr. Sommer Functionalities Technologies Simulation Dr. Martin • Group: Dr. Willert Prof. Schulz/ T. Mager • Group: MEMS/ Characterization of Dr. Gottfried NEMS Design • Group: Micro and Nano Dr. Billep Systems - Dr. Vogel • Group: Process Modeling and and Equipment Signal Integrity • Group: MEMS/ • Group Security NEMS Testing Prof. Michel/ F. Luczak Modeling and Dr. Hedayat Dr. Kurth Simulation • Group: CleanTech Dr. Rzepka Dr. Streiter/ Dr. Wolf Page 10 Fraunhofer ENAS detlef.billep@enas.fraunhofer.de Energiequellen in der Umgebung • Licht- / Sonnenenergie • Thermische Energie • Vibrationsenergie • Strömungsenergie • Elektromagnetische Streufelder Page 11 Fraunhofer ENAS detlef.billep@enas.fraunhofer.de Vibration zu Energie Konverter Wandlerprinzipien • Elektromagnetisch • Piezoelektrisch • einige 100 nW/cm² bis µW/cm² • Elektrostatisch Page 12 Fraunhofer ENAS detlef.billep@enas.fraunhofer.de Karman vortex street In no turbulent flow, the bluff body regularly sheds alternating vortices on either side of the bluff body with a frequency and size corresponding to the flow speed and the width of the bluff body. Vortexes with opposite rotational directions separates alternating from both sides of the flow disturbance and travel along with the mean flow. Page 13 Fraunhofer ENAS detlef.billep@enas.fraunhofer.de Vortex vibration Kármán vortex street Differential pressure Kinetic energy Vibration energy Electric energy flow When Re number match: 80 < Re < 200 Page 14 Fraunhofer ENAS detlef.billep@enas.fraunhofer.de Baseline simulation 0 00 04 08 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 84 88 92 96 00 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 20 -5 p1 p2 - 10 - 15 - 20 - 25 - 30 - 35 - 40 - 45 Page 15 Fraunhofer ENAS detlef.billep@enas.fraunhofer.