单摆-电磁式振动能量收集器设计及实验

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作者 龙雅婷 姚曙光 李盈利 《机械科学与技术》 北大核心 2025年第6期929-937,共9页

振动式能量收集器属于绿色能源创造技术,通过收集工程系统振动能量转换为电能,不断地为系统微电子“供电”。基于电磁感应原理设计了单摆-电磁式振动能量收集器,在COMSOL平台进行感应特性分析及感应特性影响因素的有限元仿真分析,并进... 振动式能量收集器属于绿色能源创造技术,通过收集工程系统振动能量转换为电能,不断地为系统微电子“供电”。基于电磁感应原理设计了单摆-电磁式振动能量收集器,在COMSOL平台进行感应特性分析及感应特性影响因素的有限元仿真分析,并进行了输出性能实验。结果表明:由套筒、转子、挂件、磁铁、线圈和绳索组成的单摆-电磁式振动能量收集器结构简单,质量轻,约200 g,体积小,约30 cm^(3),固有频率在70~80 Hz之间。在20 Hz的振动频率和8 mm的小振幅下,收集器的输出电压为240 mV。 展开更多

关键词 能量收集器 单摆-电磁式 电磁感应

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振动能量采集型磁流变阻尼器发电性能研究 被引量：1

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作者 席兴盛 胡国良 +2 位作者 朱文才 喻理梵 李刚 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期201-209,共9页

为了解决磁流变阻尼器对外部电源的过度依赖以及避免其断电失效的风险,设计了一种结构简单、可实现振动能量采集的磁流变阻尼器。该阻尼器由基于磁流变效应的减振装置和基于电磁感应原理的发电装置组成。首先,基于磁路欧姆定理建立了电... 为了解决磁流变阻尼器对外部电源的过度依赖以及避免其断电失效的风险,设计了一种结构简单、可实现振动能量采集的磁流变阻尼器。该阻尼器由基于磁流变效应的减振装置和基于电磁感应原理的发电装置组成。首先,基于磁路欧姆定理建立了电磁感应发电装置的振动能量采集数学模型;其次,应用MATLAB软件进行发电装置发电性能分析,研究了装置发电性能与结构设计变量之间的关系;接着,采用COMSOl软件对2种不同永磁体组结构的发电装置进行了电磁仿真分析与对比,重点分析了发电装置永磁体组高度对发电性能的影响;最后,仿真分析了不同振动频率和幅值对装置发电性能的影响。结果表明:在一定范围内,感应线圈绕线槽高度值与发电性能指标值基本呈线性关系,永磁体组高度、导磁垫片高度与绕线筒径向厚度均存在最优值。无论在何种频率或幅值振动激励下,永磁体组高度为30 mm的发电装置单线圈感应电压的峰值比永磁体组高度为20 mm的大42.5%左右,输出功率峰值大22.3%左右。研究结果可为提高振动能量采集型磁流变阻尼器发电性能提供参考。 展开更多

关键词 磁流变阻尼器 能量采集 电磁感应 发电性能

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磁力馈能悬架的设计与实验研究 被引量：3

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作者 孙凤 李华辰 +5 位作者 单光坤 周冉 李强 徐方超 金俊杰 张晓友 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2023年第3期402-407,共6页

馈能悬架在完成被动悬架相关功能的同时,可实现对振动能量的回收。本文提出了一种在保留原被动悬架弹簧与阻尼结构的基础上,融入法拉第电磁感应馈能元件的磁力馈能悬架结构,保证原有悬架的安全性,同时实现无接触、无摩擦、无需润滑的馈... 馈能悬架在完成被动悬架相关功能的同时,可实现对振动能量的回收。本文提出了一种在保留原被动悬架弹簧与阻尼结构的基础上,融入法拉第电磁感应馈能元件的磁力馈能悬架结构,保证原有悬架的安全性,同时实现无接触、无摩擦、无需润滑的馈能功能。本文阐述了该馈能悬架的工作原理与基本结构,并对悬架结构进行优化设计。进而研制了磁力馈能悬架的原理样机及馈能实验台架,研究在变频率、变幅值的正弦激励下,悬架系统的输出电压特性。实验结果表明:馈能悬架的输出电压与正弦激励的幅值和频率呈正相关。为了验证馈能悬架的自供电性与实用性,选用传感器作为负载,在7 Hz,4 mm的正弦激励下,馈能悬架可持续输出的电压为22 V成功地为传感器供电。 展开更多

关键词 能量回收 法拉第电磁感应定律 磁力馈能悬架 输出电压特性

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基于分段线性系统的宽频振动能量收集器 被引量：9

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作者 张坤 武科迪 苏宇锋 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2020年第9期140-145,共6页

研究了一种基于分段线性系统的宽频振动能量收集器,主要由抗磁稳定悬浮结构、弹性膜及感应线圈组成。在静止状态下,悬浮磁铁不需要任何外界能量稳定地悬浮在热解石墨板之间。当振动能量采集器受到水平振动激励时,悬浮磁铁在两热解石墨... 研究了一种基于分段线性系统的宽频振动能量收集器,主要由抗磁稳定悬浮结构、弹性膜及感应线圈组成。在静止状态下,悬浮磁铁不需要任何外界能量稳定地悬浮在热解石墨板之间。当振动能量采集器受到水平振动激励时,悬浮磁铁在两热解石墨板之间摆动;当摆动幅度比较大时,悬浮磁铁将与弹性膜发生碰撞使系统刚度呈阶段性变化;随着悬浮磁铁运动,感应线圈中的磁通量发生变化产生感应电动势,从而使外界振动能转化为电能。当水平激励振幅为5 mm时,系统的工作带宽达到3.2 Hz,最大输出电压达到78 mV,最大输出功率为56.3μW;当水平振动激励的加速度为3 m/s^2时,系统的工作带宽达到2 Hz,最大输出电压为44 mV,最大输出功率为18μW。 展开更多

关键词 分段线性系统 振动能量收集器 宽频 电磁感应

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一种电磁式低频振动能量收集器建模仿真与分析 被引量：3

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作者 黎雪芬 祝志鹏 刘建胜 《高技术通讯》 EI CAS 北大核心 2020年第7期748-754,共7页

对广泛存在于环境中的低频振动能,基于电磁感应原理,采用新型的磁力弹簧,透明光敏树脂材料和N38永磁体,设计了将低频振动能转换成电能的2种能量收集器原型样机;建立了能量收集器物理模型的静力学和动力学模型,采用Simulink模块分别对能... 对广泛存在于环境中的低频振动能,基于电磁感应原理,采用新型的磁力弹簧,透明光敏树脂材料和N38永磁体,设计了将低频振动能转换成电能的2种能量收集器原型样机;建立了能量收集器物理模型的静力学和动力学模型,采用Simulink模块分别对能量收集器的3种结构形式进行了运动学仿真,得到了相应的位移、速度及加速度表达式及其随时间变化图像;搭建测试平台,进行了低频振动实验对比和性能分析,结果表明2个磁力弹簧且上方悬空结构形式感应电压高。 展开更多

关键词 电磁式 低频振动 能量收集器 感应电压

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新型三角形结构电磁式振动能量采集器的设计与分析 被引量：8

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作者 陈春明 袁天辰 陈立群 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第22期52-59,共8页

从环境普遍存在的振动中采集能量是目前研究的重点和热点。该研究提出了一种基于三角形位移放大结构的电磁式振动能量采集器,通过杠杆结构放大磁铁和线圈之间的相对位移,提高振动能量转换效果。通过在轻杆末端设置弹簧,形成三自由度非... 从环境普遍存在的振动中采集能量是目前研究的重点和热点。该研究提出了一种基于三角形位移放大结构的电磁式振动能量采集器,通过杠杆结构放大磁铁和线圈之间的相对位移,提高振动能量转换效果。通过在轻杆末端设置弹簧,形成三自由度非线性动力系统,拓宽了系统的能量采集频带。利用龙格库塔方法,数值分析了系统的动力学响应,结果表明所设计的采集器具有两个能量采集频段,其中一个覆盖5~10 Hz以下的低频范围,另一个覆盖20~45 Hz频段。通过分析不同采集器设计参数对振动能量采集效果的影响,发现增加杠杆结构的装配角、下部滑块质量以及弹簧刚度有利于低频范围的能量采集,而减小装配角和滑块质量则能够提高第二个采集频段的输出电压。通过构造等效的线性振动能量采集器进行对比发现,得益于轻杆的位移放大作用,相同激励下三角形振动能量采集器的最大输出电压是对比线性竖直振动能量采集系统的1.76倍,这些特性使这种新型采集器能够针对低频、宽域的环境振动取得良好的能量采集效果。 展开更多

关键词 环境振动 能量采集 电磁感应 非线性

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压电-电磁复合振动俘能器的耦合负载特性及俘能性能 被引量：5

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作者 张振振 娄军强 +3 位作者 贾振 任枭荣 王涛 魏燕定 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第3期459-466,共8页

基于环境振动的俘能装置作为自供能微电源可以有效避免对外部电源的依赖。提出了一种新型的两端固支式低频压电-电磁复合振动俘能装置。理论推导了复合俘能系统的耦合动力学模型及俘能性能方程。利用搭建的实验平台分别研究了单一压电... 基于环境振动的俘能装置作为自供能微电源可以有效避免对外部电源的依赖。提出了一种新型的两端固支式低频压电-电磁复合振动俘能装置。理论推导了复合俘能系统的耦合动力学模型及俘能性能方程。利用搭建的实验平台分别研究了单一压电式、单一电磁式以及复合俘能装置不同激励加速度、频率以及两个支路不同外接负载下的耦合负载特性及俘能性能。实验结果表明:在基础振动加速度0.5g,压电、电磁支路外接最佳匹配阻抗50kΩ和30Ω的条件下,压电俘能支路,电磁俘能支路以及复合俘能装置最大谐振俘能输出功率分别为1.05,7.18及8.23mW。与单一形式的俘能装置相比,提出的复合俘能器提高了俘能效率,并具有一定的宽频俘能特性。 展开更多

关键词 复合俘能装置 压电式俘能 电磁式俘能 振动俘能 负载特性

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直线电机式悬架参数对馈能特性影响分析 被引量：1

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作者 于学斌 陈佳兴 +4 位作者 周冉 王聪 金俊杰 徐方超 孙凤 《沈阳工业大学学报》 CAS 北大核心 2023年第4期428-435,共8页

针对传统被动悬架无法将振动产生的能量充分利用的问题,提出了一种直线电机式馈能悬架,并探究了该悬架的馈能特性.建立1/4车动力学模型,以正弦路面作为输入激励推导出影响馈能的悬架系统参数;以感应电动势为指标,基于直线电机式馈能悬... 针对传统被动悬架无法将振动产生的能量充分利用的问题,提出了一种直线电机式馈能悬架,并探究了该悬架的馈能特性.建立1/4车动力学模型,以正弦路面作为输入激励推导出影响馈能的悬架系统参数;以感应电动势为指标,基于直线电机式馈能悬架模型,采用控制变量法对悬架系统参数进行仿真分析;通过搭建的1/4车悬架实验平台进行实验验证.结果表明,簧载质量、非簧载质量和弹簧刚度与直线电机产生的感应电动势呈负相关,轮胎刚度与直线电机产生的感应电动势呈正相关. 展开更多

关键词 直线电机 电磁悬架 馈能悬架 能量流动 馈能特性 控制变量法 感应电动势 台架实验

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磁力悬架的馈能特性分析与实验验证 被引量：2

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作者 周冉 阎明印 +1 位作者 李华辰 孙凤 《沈阳工业大学学报》 CAS 北大核心 2022年第6期661-666,共6页

针对现有馈能悬架安全性低、结构复杂的缺点,提出并设计了一种新型磁力悬架.通过对二自由度1/4悬架系统进行数学建模和实验研究,分析簧载质量、悬架刚度和轮胎刚度对磁力悬架馈能特性的影响.仿真与实验结果表明:在频率6 Hz和幅值4 mm的... 针对现有馈能悬架安全性低、结构复杂的缺点,提出并设计了一种新型磁力悬架.通过对二自由度1/4悬架系统进行数学建模和实验研究,分析簧载质量、悬架刚度和轮胎刚度对磁力悬架馈能特性的影响.仿真与实验结果表明:在频率6 Hz和幅值4 mm的输入激励下磁力悬架的最大输出瞬时电压值达到16 V,磁力悬架输出电压与悬架刚度的变化成反比,与轮胎刚度的变化成正比,且馈能数学模型具有一定的准确性.在保证车辆行驶安全的前提下,磁力悬架可以通过改变悬架系统参数来优化其馈能效果. 展开更多

关键词 电磁感应 数学建模 磁力悬架 馈能特性 簧载质量 车辆悬架 车辆动力学 实验验证

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面向换流阀状态监测用传感器节点电磁取能仿真分析与设计 被引量：10

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作者 兰天 蓝元良 +2 位作者 刘伟麟 盛财旺 何秦慰 《电网技术》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期1503-1510,共8页

特高压直流输电技术应用在我国发展非常迅速,对特高压直流输电系统核心设备-换流阀-实现多物理量在线状态监测的需求变得越来越迫切。低功耗无线智能传感网络技术是实现换流阀设备多物理量在线监测一种有效手段,但在实际工程应用中必须... 特高压直流输电技术应用在我国发展非常迅速,对特高压直流输电系统核心设备-换流阀-实现多物理量在线状态监测的需求变得越来越迫切。低功耗无线智能传感网络技术是实现换流阀设备多物理量在线监测一种有效手段,但在实际工程应用中必须解决传感器节点自取电这一瓶颈问题。该文根据实际工程应用换流阀的电气和结构设计,提出并验证了一种用于晶闸管表面温度在线监测传感节点的小型化非侵入式电磁取能方案,即利用换流器桥臂电流的开通和关断暂态过程获取能量。文章首先建模分析了换流器桥臂电流在阀组件周围空间的磁场分布情况,在此基础上提出了电磁取能线圈设计方案,利用仿真并结合大电流实验提取取能线圈互感等关键参数,建立电磁取能回路感应部分的等效电路模型。最后在等效电路模型的基础上,用换流阀接近实际工况电流波形对取能模块的输出电压和输出功率特性进行仿真研究,评估取能模块在实际运行工况条件下的有效性。 展开更多

关键词 非侵入式磁场取能 换流阀状态监测 智能传感

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新型机械按压能量收集装置设计与实验 被引量：4

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作者 吴少杰 黄峰 +1 位作者 朱卓玲 赵伟国 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期28-33,共6页

基于法拉第电磁感应定律,设计了一种新型的机械按压式能量收集装置。该装置通过永磁体的运动使通过线圈的磁通反转从而产生感应电动势。根据装置的设计结构,采用ANSYS有限元软件对所设计的结构进行有限元数值模拟,在永磁体运动速度为0.4... 基于法拉第电磁感应定律,设计了一种新型的机械按压式能量收集装置。该装置通过永磁体的运动使通过线圈的磁通反转从而产生感应电动势。根据装置的设计结构,采用ANSYS有限元软件对所设计的结构进行有限元数值模拟,在永磁体运动速度为0.4 m/s时,该装置所产生的平均开路电压约为3.31 V。同时也对加工制造后的装置进行了实验测量,测得平均开路电压约为3.20 V,带负载时的平均电压约为2.76 V,平均电流约为21 mA。装置一次运动所产生的能量为103.4μJ^301.0μJ。 展开更多

关键词 能量收集 电磁感应 有限元分析 机械按压

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基于电磁原理的人体运动能量收集器设计

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作者 芮小博 李航 +1 位作者 韩欣欣 陈瑜 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期1687-1694,共8页

本文聚焦于人体运动所蕴藏的丰富机械能,设计基于电磁感应原理的能量收集器,通过收集人体运动的机械能实现对可穿戴设备的供电。首先分析了人体四个关键位置的运动加速度数据,明确了激励的低频特征及最优化激励方案。针对以上特点,建立... 本文聚焦于人体运动所蕴藏的丰富机械能,设计基于电磁感应原理的能量收集器,通过收集人体运动的机械能实现对可穿戴设备的供电。首先分析了人体四个关键位置的运动加速度数据,明确了激励的低频特征及最优化激励方案。针对以上特点,建立能量收集器结构动力学模型并开展参数设计,搭建了两种不同中心磁铁支撑方式的样机。通过单轴振动激励及穿戴运动激励等多种方式验证了能量收集器效果,单轴振动激励下最优输出功率不低于1.92 mW,在脚腕最优化激励条件下可获得3.5 V的有效输出。 展开更多

关键词 能量收集 人体运动 电磁感应 可穿戴设备

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