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Output Voltage Model and Mechanical-Magnetic Design of Magnetostrictive Vibration Energy Harvester with a Rotating Up-Frequency Structure1
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作者 Huang Wenmei Xue Tianxiang +2 位作者 Feng Xiaobo Weng Ling Li Mingming 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第24期7639-7650,共12页
A vibration energy harvester can harvest vibration energy in the environment and convert it into electrical energy to power the sensors in the Internet of Things.Human walking contains high-quality vibration energy,wh... A vibration energy harvester can harvest vibration energy in the environment and convert it into electrical energy to power the sensors in the Internet of Things.Human walking contains high-quality vibration energy,which serves as the energy source for vibration energy harvesters due to its abundant availability,high energy conversion efficiency,and environmental friendliness.It is difficult to harvest human walking vibration due to its low frequency.Converting the low-frequency vibration of human walking into high-frequency vibration has attracted attention.In previous studies,vibration energy harvesters typically increase frequency by raising excitation frequency or inducing free vibration.When walking frequency changes,the up-frequency method of raising the excitation frequency changes the voltage frequency,resulting in the best load resistance change and reducing the output power.The up-frequency method of inducing free vibration does not increase the external excitation frequency,which has relatively low output power.This paper designs a magnetostrictive vibration energy harvester with a rotating up-frequency structure.It consists of a rotating up-frequency structure,a magnetostrictive structure,coils,and bias magnets.The main body of the rotating up-frequency structure comprises a torsion bar and a flywheel with a dumbbell-shaped hole.The magnetostrictive structure includes four magnetostrictive metal sheets spliced by Galfenol and steel sheets.The torsion bar and flywheel interact to convert low-frequency linear vibration into rotating high-frequency excitation vibration of the flywheel.The flywheel plucks the magnetostrictive metal sheet with a high excitation frequency to generate free vibration.The vibration energy harvester increases the excitation frequency while inducing free vibration,which can effectively improve the output power.To characterize the excitation vibration and free vibration,based on the theory of Euler-Bernoulli beam theory,the vibration equation of the magnetostrictive metal sheet after being excited is given.According to the classical machine-magnetic coupling model and the Jiles-Atherton physical model,the relationship between stress and magnetization strength is derived.Combined with Faraday's law of electromagnetic induction,the distributed dynamic output voltage model is established.This model can predict the output voltage at different excitation frequencies.Based on this model,the mechanical-magnetic structural parameter optimization design is carried out.The parameters of the magnetostrictive metal sheet,the bias magnet,and the rotating up-frequency structure are determined.A comprehensive experimental system is established to test the device.The peak-to-peak voltage and output voltage signal by the proposed model are compared.The average relative deviation of the peak-to-peak voltage and the output voltage signal is 4.9%and 8.2%,respectively.The experimental results show that the output power is proportional to the excitation frequency.The optimum load resistance is always 800Ωas the excitation frequency changes,simplifying the impedance-matching process.The maximum peak-to-peak voltage of the device is 58.60 V,the maximum root mean square(RMS)voltage is 9.53 V,and the maximum RMS power is 56.20 mW.The magnetostrictive vibration energy harvester with a rotating up-frequency structure solves the problem of impedance matching,which improves the output power.The proposed distributed dynamic output voltage model can effectively predict the output characteristics.This study can provide structural and theoretical guidance for up-frequency structure vibration energy harvesters for human walking vibration. 展开更多
关键词 vibration energy harvester MAGNETOSTRICTIVE rotating up-frequency dynamic model free vibration
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基于磁悬浮系统的电磁-摩擦电混合振动能量收集器研究
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作者 刘保国 梁佳园 +2 位作者 张坤 赵毫杰 冯伟 《仪表技术与传感器》 北大核心 2025年第2期16-21,27,共7页
为了解决传统化学电池无法为无线传感网络持久供能的问题,设计了一种高效转换低频振动能的磁悬浮基电磁-摩擦电混合能量收集器,利用磁悬浮系统感应低频环境振动,通过电磁-摩擦电复合能量转换机制高效提取振动能量。研究了平面弹簧刚度... 为了解决传统化学电池无法为无线传感网络持久供能的问题,设计了一种高效转换低频振动能的磁悬浮基电磁-摩擦电混合能量收集器,利用磁悬浮系统感应低频环境振动,通过电磁-摩擦电复合能量转换机制高效提取振动能量。研究了平面弹簧刚度和激励加速度对混合能量收集器输出性能的影响,实验结果表明,输出电压随平面弹簧刚度的增大而降低,随激励加速度的增大而增大,当平面弹簧刚度为562 N/m、激励加速度为1.2g时,电磁能量收集单元(EMG)、摩擦电能量收集单元Ⅰ(TENGⅠ)和摩擦电能量收集单元Ⅱ(TENGⅡ)的最大输出峰峰值电压分别为1.15、53、167 V。 展开更多
关键词 低频 电磁-摩擦电 磁悬浮 振动能量收集器 平面弹簧
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新型多方向电磁能量采集器的设计与研究
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作者 李扬 任伟 +3 位作者 王杰云 雷琪 丁煜恒 王建梅 《机械设计》 北大核心 2025年第10期150-160,共11页
随着电磁能量采集器的广泛应用,常见的在单方向或二维平面内收集能量的方式并不能满足一些复杂的工作环境。文中提出一种多方向电磁能量采集器的结构设计,当采集器在任意方向振动时,可在多个方向上同时产生能量并回收。采用Ansys Maxwel... 随着电磁能量采集器的广泛应用,常见的在单方向或二维平面内收集能量的方式并不能满足一些复杂的工作环境。文中提出一种多方向电磁能量采集器的结构设计,当采集器在任意方向振动时,可在多个方向上同时产生能量并回收。采用Ansys Maxwell软件对该采集器的动子磁体堆中永磁体与间隔铁片的尺寸、动子磁体堆的最佳平衡位置、各通道缠绕线圈的最佳位置及线圈宽度进行了优化;结合优化所得最佳参数制作了试验原型机;通过一系列振动试验测试了多方向电磁能量采集器的能量收集特性。试验结果表明:随着激励强度的提高,采集器电压输出增大,响应频带变宽,且均在11 Hz达到最大值。该研究为采集器在多方向上收集能量提供了一种新思路。 展开更多
关键词 能量采集 低频振动 功率密度 多通道结构
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压电悬臂梁结构参数对摩擦自激振动能量收集的影响
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作者 朱瑞丹 刘方平 +1 位作者 何冬康 项载毓 《机械设计》 北大核心 2025年第3期132-142,共11页
针对滑动摩擦副普遍存在的摩擦自激振动问题,尝试通过安装压电悬臂梁振动能量收集器以实现摩擦自激振动能量的收集。基于CETR摩擦磨损试验机开展了摩擦自激振动能量收集试验,建立该试验装置的有限元模型及含压电悬臂梁振动能量收集器的... 针对滑动摩擦副普遍存在的摩擦自激振动问题,尝试通过安装压电悬臂梁振动能量收集器以实现摩擦自激振动能量的收集。基于CETR摩擦磨损试验机开展了摩擦自激振动能量收集试验,建立该试验装置的有限元模型及含压电悬臂梁振动能量收集器的5自由度数值模型,探讨了悬臂梁结构参数变化对压电陶瓷输出电压的影响。结果表明:设计的压电悬臂梁振动能量收集器可有效地将摩擦块∕摩擦盘滑动摩擦产生的摩擦自激振动能量转换为电能,而且悬臂梁质量和刚度等结构参数通过改变压电悬臂梁振动能量收集器的变形能力以影响摩擦自激振动能量收集效果;悬臂梁质量和刚度较小时,压电悬臂梁振动能量收集器具有较好的变形能力,使得压电陶瓷更好地将摩擦自激振动能量转换为电能;随着悬臂梁质量和刚度的增大,压电悬臂梁振动能量收集器的变形能力减弱,导致压电陶瓷输出电压减小。 展开更多
关键词 摩擦自激振动 压电悬臂梁 能量收集 有限元仿真 数值分析
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能量操控式压电分流支路对结构振动的影响研究 被引量:1
5
作者 裴万鹏 刘轩 +4 位作者 马少飞 虞丽塬 吴义鹏 季宏丽 裘进浩 《振动工程学报》 北大核心 2025年第1期1-7,共7页
压电材料具有良好的机电耦合特性,常被用于振动系统中的能量俘获和振动抑制。在已有开关型压电分流支路的基础上,利用反激变压器的原、副边能量转换功能,提出一种力(机械)‐电能量可切换并操控的分流支路,基于正、逆压电效应分别设计支... 压电材料具有良好的机电耦合特性,常被用于振动系统中的能量俘获和振动抑制。在已有开关型压电分流支路的基础上,利用反激变压器的原、副边能量转换功能,提出一种力(机械)‐电能量可切换并操控的分流支路,基于正、逆压电效应分别设计支路的吸能抑振和注能控振两种功能,实现高能效且稳定的结构振动控制系统。介绍了所述压电分流支路的工作原理,推导了不同能量操控条件下结构振幅的衰减率模型,通过试验讨论了不同能量操控方法对结构振幅的影响。研究结果表明,所述能量操控型分流支路能够根据实际场景的减振需求实现高能效的结构振动抑制。 展开更多
关键词 振动控制 振动能量收集 压电分流支路 反激变压器 压电悬臂梁
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弹性体反共振俘能器设计方法与减振机理研究 被引量:1
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作者 王博涵 杨德庆 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第3期125-136,共12页
[目的]借鉴声学黑洞与反共振原理,研究并设计一种多频域减振的弹性体反共振俘能器。[方法]首先,通过调节俘能器的结构参数,精确实现动力设备振源以及传递路径上的低频及中频减振,以弥补传统声学黑洞结构低频减振效果的不足。然后,应用Ra... [目的]借鉴声学黑洞与反共振原理,研究并设计一种多频域减振的弹性体反共振俘能器。[方法]首先,通过调节俘能器的结构参数,精确实现动力设备振源以及传递路径上的低频及中频减振,以弥补传统声学黑洞结构低频减振效果的不足。然后,应用Rayleigh能量法推导该俘能器的基频解析解,将特殊设计的俘能器应用于典型船舶板架减振并验证减振效果。最后,根据计算结果分析俘能器的减振规律,对其进行相应改良,并设计实验用的板架,计算改良后的俘能器的减振效果。[结果]结果表明,安装九层俘能器的机舱板架在其一阶共振频率附近的平均振动速度级减小了约8.7 dB,频响曲线在共振频率处的峰值有一个宽频带范围的削减。改良后的俘能器可以通过合理调节附加质量的大小和位置,使更多阶模态参与到结构的减振中。[结论]与传统内嵌式声学黑洞结构相比,所提出的弹性体反共振俘能器具有附加质量小、不破坏结构强度的特点,可以任意组合设计,在船舶低频段进行针对性减振降噪方面具有很好的应用价值。 展开更多
关键词 振动控制 阻尼 隔振 反共振俘能器 声学黑洞 Rayleigh能量法 局域共振 低频减振
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双捕能柱布置形式对无叶片风力机捕能效率的影响
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作者 刘奇良 龚曙光 +2 位作者 谢桂兰 唐芳 梁志玮 《振动与冲击》 北大核心 2025年第7期37-44,75,共9页
无叶片风力机基于风致涡激振动捕获风能,具有空间利用率高的优点。为提升无叶片风力机群的捕能效率,在单个捕能柱(energy harvesting column,EHC)捕能效率研究的基础上,探讨工作风速下错列角度为0°~90°、间距比为1.5~7.0内、... 无叶片风力机基于风致涡激振动捕获风能,具有空间利用率高的优点。为提升无叶片风力机群的捕能效率,在单个捕能柱(energy harvesting column,EHC)捕能效率研究的基础上,探讨工作风速下错列角度为0°~90°、间距比为1.5~7.0内、双EHC布置形式对其捕能效率、涡激振动响应以及尾涡结构的影响。所得结果表明:当错列角度为0°和15°时,下游EHC的捕能效率小于单个EHC,而上游EHC的捕能效率随间距比增大而逐渐提升,当间距比为3.5时,约等于单个EHC;通过对比双EHC和单个EHC的平均效率,布置范围被分为三个区域,即增强区、抑制区和弱影响区;特别地,当间距比为2.0,错列角度为90°时,双EHC的平均捕能效率达到单个EHC的2倍以上。 展开更多
关键词 无叶片风力机 涡激振动 捕能柱(EHC) 布置形式 捕能效率
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摆式三稳态摩擦纳米发电机低频振动能量收集研究
8
作者 谭栋国 黄丹丹 +3 位作者 欧旭 覃凌云 王凯 周加喜 《振动与冲击》 北大核心 2025年第16期29-40,65,共13页
针对传统能量收集装置难以高效收集低频振动能量的问题,利用磁铁之间的相互作用设计了一种磁致式负刚度机构,并将其拓展至摩擦纳米发电,提出一款摆式三稳态摩擦纳米发电机(pendulum-type tristable triboelectric nanogenerator,PT-TEN... 针对传统能量收集装置难以高效收集低频振动能量的问题,利用磁铁之间的相互作用设计了一种磁致式负刚度机构,并将其拓展至摩擦纳米发电,提出一款摆式三稳态摩擦纳米发电机(pendulum-type tristable triboelectric nanogenerator,PT-TENG),用于收集低频振动能量。首先,介绍了PT-TENG的模型设计与工作原理;其次,建立了该发电机的机电耦合模型,利用数值方法研究了该发电机的力学特性和电学性能;然后,分析了系统关键参数对该发电机性能的影响;最后,制备了该发电机的试验样机,进行了验证试验和应用演示试验。结果表明,PT-TENG可以高效地将低频振动能量转化为电能,最高输出功率可达0.27 mW,能够驱动发光二极管阵列。此外,通过选择合理的系统参数可以有效拓宽该发电机低频俘能频带。因此,该研究对低频振动能量收集以及自供电装置设计具有一定指导意义。 展开更多
关键词 低频振动 三稳态 能量收集 非线性动力学
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一种多方向的压电-电磁振动能量收集器
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作者 刘俊杰 宋芳 +1 位作者 章伟 史晓帆 《振动与冲击》 北大核心 2025年第19期125-130,157,共7页
为了提高能量收集器的工作效率和环境适应性,提出了一种可多方向进行收集的压电-电磁复合式能量收集器。首先对该收集器进行了模型设计,建立了理想条件下的参数模型并推导出功率输出表达式,然后优化了收集器的实物模型,搭建了试验平台,... 为了提高能量收集器的工作效率和环境适应性,提出了一种可多方向进行收集的压电-电磁复合式能量收集器。首先对该收集器进行了模型设计,建立了理想条件下的参数模型并推导出功率输出表达式,然后优化了收集器的实物模型,搭建了试验平台,探究收集器在低频激振下的输出特性,最后接入能量管理电路,得到稳压整流后的实际输出。试验结果表明:压电部分两压电片串联后的功率最大值为7.31 mW,在0°~90°的倾斜角度范围内,直角梁结构的多方向收集性能显著优于传统单悬臂梁结构;电磁部分瓦型磁铁结构的最大功率为3.52 mW,是立方体磁铁结构的2.4倍;收集器经能量收集模块整流稳压后的电压可达到2.8 V,验证了该收集器的合理性和可行性。 展开更多
关键词 振动能量收集 压电电磁复合式 多方向收集 低频
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MCP-SSHI接口电路实现多通道宽频压电能量的高效提取
10
作者 李继祯 胡宁 +5 位作者 吉振峰 张诗琪 赵晨曦 周美彤 吴良科 牟笑静 《压电与声光》 北大核心 2025年第1期181-189,共9页
随着物联网和智能系统的快速发展,对传感器网络中能量采集技术的需求不断增加。针对多通道宽频压电能量信号特征差异大、能量提取效率低的问题,提出了一种适用于弱耦合环境的多通道并联同步开关电感(MCP-SSHI)接口电路。该电路保持了高... 随着物联网和智能系统的快速发展,对传感器网络中能量采集技术的需求不断增加。针对多通道宽频压电能量信号特征差异大、能量提取效率低的问题,提出了一种适用于弱耦合环境的多通道并联同步开关电感(MCP-SSHI)接口电路。该电路保持了高模块的拓展性和结构的简洁性,同时还具备处理任意相位关系(0~2π)多通道输入电压的能力。测试结果表明,在处理六路压电能量收集器(PEH)信号时,MCP-SSHI电路可高效提取多通道电能,其能量提取效率高达79.96%,是传统接口电路功率增益的3.24倍。 展开更多
关键词 压电能量收集 电源管理 多通道能量提取 并联同步开关感应(P-SSHI) 自供电
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长柔压电梁振动俘能与形变感知研究
11
作者 常文燕 王虎 +4 位作者 牛钟锐 张森荣 宋汝君 张丹 张磊安 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第12期228-236,248,共10页
针对汽车运行时悬架系统因路面激励产生的振动能量未被有效利用、其振动状态缺乏监测的问题,提出了阵列式压电俘能与形变监测一体化装置的方案,实现了振动能回收利用及监测汽车状态。阵列压电装置是由一个悬臂梁和3个压电片构成,压电片... 针对汽车运行时悬架系统因路面激励产生的振动能量未被有效利用、其振动状态缺乏监测的问题,提出了阵列式压电俘能与形变监测一体化装置的方案,实现了振动能回收利用及监测汽车状态。阵列压电装置是由一个悬臂梁和3个压电片构成,压电片Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ沿直线分别粘贴在悬臂梁的根部、中部、靠近尾部的位置,利用压电效应将振动能转换成电能,并基于激振实验测得的多点电压,通过高斯数值积分与样条插值方法建立长柔悬臂梁挠度数学模型,进行数值仿真分析。结果表明:阵列压电装置的共振频率为19.6 Hz,输出电压随激振频率的增加先增大后减小,随激励加速度的增大而增大;悬臂梁根部的压电片Ⅰ输出开路电压最大,其在不同激励加速度下最大输出电压分别为8.08、6.59、4.13 V。在质量块和磁力分别作用下,共振频率均会减小,且输出电压增加。在质量块影响下,压电片Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处最大输出电压相较于无质量块分别提升了31.19%、25.95%、52.78%,在磁力作用下,分别提升了45.92%、28.98%、55.21%。当加速度为2 m/s 2时,长柔压电梁末端挠度实验结果为6.967 mm,数值仿真结果为6.964 mm,相对误差仅为0.43%,引入磁力后,相对误差最大为10.06%。该研究可为振动能量收集和汽车安全行驶提供参考。 展开更多
关键词 悬臂梁 振动能量收集 压电梁 形变感知 阵列压电装置
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基于局部双稳态结构的压电俘能器设计与研究
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作者 宋秉骏 谷刘坤 +1 位作者 黄文轩 辛毅 《压电与声光》 北大核心 2025年第3期550-555,共6页
针对单稳态压电俘能器在低频、低振幅环境下工作频带窄、能量采集效率低的问题,以及传统双稳态压电俘能器结构复杂、需要附加外部组件的缺点,提出了一种新型局部双稳态结构的压电俘能器。该结构基于豆荚物理结构的启发,通过结合局部双... 针对单稳态压电俘能器在低频、低振幅环境下工作频带窄、能量采集效率低的问题,以及传统双稳态压电俘能器结构复杂、需要附加外部组件的缺点,提出了一种新型局部双稳态结构的压电俘能器。该结构基于豆荚物理结构的启发,通过结合局部双稳态设计与压电材料,显著增强了对低频振动能量的捕获能力,并拓宽了工作频带。实验结果显示,在风速为2.5 m/s时,所提俘能器的输出功率密度较单稳态结构提高了2 077.78%;即使在风速高达5.1 m/s的场景下,其输出功率密度依然比单稳态结构高出66.27%,验证了该局部双稳态结构在大部分应用环境下的优越性。同时,在与LTC3588电路结合的实验中,局部双稳态结构的压电能量采集器对微弱风速提升的响应更加敏感,输出信号也有明显改善。 展开更多
关键词 压电俘能器 局部双稳态结构 能量收集 风致振动 低频激励
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基于Sobol参数敏感性分析法的馈能减振座椅优化设计
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作者 关栋 李梦祥 +1 位作者 吴倩雯 张纯 《实验室研究与探索》 北大核心 2025年第1期5-10,43,共7页
为了优化馈能减振座椅性能,基于Sobol参数敏感性分析法,探讨馈能减振座椅参数敏感性。馈能减振座椅参数敏感性实验结果表明,电动机外阻和座椅初始夹角是影响座椅性能的关键参数。样机测试结果验证了电动机外阻对座椅性能的影响规律。本... 为了优化馈能减振座椅性能,基于Sobol参数敏感性分析法,探讨馈能减振座椅参数敏感性。馈能减振座椅参数敏感性实验结果表明,电动机外阻和座椅初始夹角是影响座椅性能的关键参数。样机测试结果验证了电动机外阻对座椅性能的影响规律。本研究为馈能减振座椅的优化设计提供了参考依据。 展开更多
关键词 馈能减振座椅 Sobol参数敏感性分析法 层次分析法 阻尼特性 馈能特性
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基于压电与电磁复合效应的超声振动能量采集方法
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作者 汪御飞 李康康 +2 位作者 张海彬 陈渊博 王光庆 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第6期1293-1302,共10页
为了高效采集超声设备中的振动能量并将其转换为电能,提出基于压电与电磁复合效应的超声振动能量采集方法.针对超声振动幅值小、加速度大的特点,在超声设备中集成设计基于正压电效应的环状压电振动能量采集器,直接采集并转换设备运行中... 为了高效采集超声设备中的振动能量并将其转换为电能,提出基于压电与电磁复合效应的超声振动能量采集方法.针对超声振动幅值小、加速度大的特点,在超声设备中集成设计基于正压电效应的环状压电振动能量采集器,直接采集并转换设备运行中的微幅超声振动能量;针对超声振动幅值小、频率高的特点,设计将微观的超声振动转变为宏观的大幅旋转运动的转换机构,基于电磁感应机理在超声设备中进一步集成设计旋转运动能量采集器,实现超声振动能量的微观/宏观转换与采集.基于压电效应和电磁感应原理建立压电/电磁复合超声振动能量采集与转换模型,通过仿真分析模型参数对超声振动能量采集性能的影响,通过实验验证了模型的准确性.研究结果表明,在频率为38.2 kHz、幅值为1.88μm的超声激励下,复合采集器的输出电压为46.7 V,压电和电磁能量采集器的输出功率分别为104.3、43.8 mW,输出功率满足低功耗电子器件的供电需求. 展开更多
关键词 超声振动 压电效应 电磁旋转 能量采集 动力学模型
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振动能量采集型磁流变阻尼器优化设计及性能分析 被引量:1
15
作者 席兴盛 胡国良 +1 位作者 喻理梵 李刚 《噪声与振动控制》 北大核心 2025年第1期262-268,共7页
自供电状态下振动能量采集型磁流变阻尼器阻尼性能较差,需要对其进行优化设计与性能分析。通过对峰值感应电压、功率密度以及自供电电流的分析计算得出比较系数,以此为指标选取发电装置各关键尺寸;然后在自供电状态下,采用多目标优化算... 自供电状态下振动能量采集型磁流变阻尼器阻尼性能较差,需要对其进行优化设计与性能分析。通过对峰值感应电压、功率密度以及自供电电流的分析计算得出比较系数,以此为指标选取发电装置各关键尺寸;然后在自供电状态下,采用多目标优化算法对减振装置活塞头尺寸及阻尼间隙宽度进行寻优;最后对优化前后的装置进行仿真分析与对比。结果表明,优化后装置的发电性能及其在自供电状态下的阻尼性能均有明显提升;在频率为4 Hz、幅值为10 mm的振动激励下,优化后峰值感应电压提高30%,输出阻尼力提高8.7%,自供电电流强度提高20%,对应的阻尼力提高17%。 展开更多
关键词 振动与波 自供电状态 能量采集 磁流变阻尼器 优化设计 仿真分析
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增程式电动柠条收获机驱动系统能量管理策略研究
16
作者 李春东 张星 +3 位作者 曹丽英 渠志宏 韩艳 张上旺 《中国农机化学报》 北大核心 2025年第11期253-260,共8页
针对传统功率跟随能量管理策略随工况负载变化引起增程器输出功率变化范围大与转速频繁波动等问题,以增程式电动柠条收获机驱动系统为研究对象,分别建立三工作点策略和功率跟随策略。根据上述问题提出稳态化+模糊逻辑式功率跟随策略,将... 针对传统功率跟随能量管理策略随工况负载变化引起增程器输出功率变化范围大与转速频繁波动等问题,以增程式电动柠条收获机驱动系统为研究对象,分别建立三工作点策略和功率跟随策略。根据上述问题提出稳态化+模糊逻辑式功率跟随策略,将此能量管理策略应用于增程式收获机的动力分配中,基于Simulink/Stateflow建立整车需求功率的稳态化模型。以电池荷电状态(SOC)偏差和平均需求功率为输入,建立模糊控制器规则库,对增程式收获机的功率跟随策略进行优化。结果表明:在收获工况下,相较于功率跟随策略,稳态化+模糊逻辑式功率跟随策略与三工作点策略明显缩小转速的频繁波动范围,增程器的功率输出较为平稳,油耗分别降低2.17%、5.73%,三工作点策略油耗最低但电池充电功率较大,而稳态化+模糊逻辑式功率跟随策略在增程器与电池功率上有着较好的分配,更能充分地利用电能,电量维持效果更优越。 展开更多
关键词 增程式 柠条收获机 驱动系统 能量管理 电池荷电状态
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音叉压电悬臂梁动力学建模及振动俘能特性分析
17
作者 马丽骞 曹东兴 詹昌海 《振动工程学报》 北大核心 2025年第5期984-993,共10页
环境振动能量采集技术可为物联网低功耗电子设备提供绿色无源自供电技术,针对传统平直悬臂梁俘能器结构固有频率高,俘能效率较低的不足,提出一类叉型悬臂梁结构用于环境中振动能量的采集,克服传统悬臂梁结构自由端部分因振动时应变较小... 环境振动能量采集技术可为物联网低功耗电子设备提供绿色无源自供电技术,针对传统平直悬臂梁俘能器结构固有频率高,俘能效率较低的不足,提出一类叉型悬臂梁结构用于环境中振动能量的采集,克服传统悬臂梁结构自由端部分因振动时应变较小而不利于能量采集的缺点,从而提升系统的俘能效率。利用Lagrange方程建立音叉压电悬臂梁在谐波激励下的动力学方程,求解系统固有频率,综合对比理论解析、有限元仿真和试验结果,分析了结构尺寸、附加质量块以及负载电阻对系统俘能特性的影响。结果表明:在悬臂梁结构自由端处引入分叉结构可以降低系统的固有频率,证明音叉压电悬臂梁俘能器更有利于低频环境振动俘能;在加速度激励幅值为0.5 m/s^(2)时,系统俘能输出功率峰值为7 mW;进一步优化结构,在自由端引入20 g附加质量块,系统俘能输出功率峰值提升至18 mW;设计压电俘能接口电路,采集转换的电能直接为LED灯(发光二极管)供电,可同时点亮50个LED灯。研究结果可为适配80 Hz以下的低频振动环境的能量采集以及实现低功耗物联网传感器的自供电设计提供理论支撑。 展开更多
关键词 音叉压电悬臂梁 环境振动利用 分叉结构 动力学建模 低频多模态 俘能试验
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内置压电悬臂梁的涡致振动圆管俘能结构实验研究
18
作者 陈鹏 林杉杉 +1 位作者 马雄飞 李莉 《机械科学与技术》 北大核心 2025年第2期248-254,共7页
利用计算机仿真和水循环试验系统测试,分析了阻流体直径、间径比以及双俘能结构串列情况下内置压电悬臂梁柔性圆管涡致振动俘能结构的性能。结果表明:俘能结构的输出电压随着圆柱阻流体直径的增大而增大,随着间径比的增加先增加后降低... 利用计算机仿真和水循环试验系统测试,分析了阻流体直径、间径比以及双俘能结构串列情况下内置压电悬臂梁柔性圆管涡致振动俘能结构的性能。结果表明:俘能结构的输出电压随着圆柱阻流体直径的增大而增大,随着间径比的增加先增加后降低。当阻流体直径为0.03 m,高为0.05 m,间径比为3时,最优输出电压峰-峰值为5.83 V。当两个参数完全相同的俘能结构串列放置试验时,两者的输出电压大不相同,第2个俘能结构的输出电压远大于第1个俘能结构。综合考虑两个俘能结构的电压值,当间径比为4时,得到两个结构产生的电压值分别为0.71 V和5.24 V,优于间径比为其他值的情况。 展开更多
关键词 压电俘能器 涡致振动 压电悬臂梁 压电能量收集
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新型海洋立管抑振–俘能涡轮装置试验研究
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作者 苏泰宁 刘震 +1 位作者 李朋 韩新宇 《船舶力学》 北大核心 2025年第5期820-829,共10页
海洋立管是连接海上油气平台与海底井口的关键设施,而涡激振动是引发立管疲劳损伤的主要原因。本试验研究设计一种立管抑振–俘能涡轮装置,用于抑制立管涡激振动并实现能量俘获。以涡轮装置的叶片长度为变量开展试验,一方面验证涡轮装... 海洋立管是连接海上油气平台与海底井口的关键设施,而涡激振动是引发立管疲劳损伤的主要原因。本试验研究设计一种立管抑振–俘能涡轮装置,用于抑制立管涡激振动并实现能量俘获。以涡轮装置的叶片长度为变量开展试验,一方面验证涡轮装置的抑振性能和俘能性能,另一方面研究叶片长度对于涡轮装置抑振–俘能性能的影响。结果表明:涡轮装置的整体抑振效率可达50%以上,最佳抑振效率为96.08%,抑振效果理想;装置的抑振性能会随叶片长度的增加而呈现正增长,俘能性能则呈现负增长;当叶片长度为12d时,装置的抑振–俘能性能随来流流速的增加而同步增强。 展开更多
关键词 海洋立管 涡激振动 抑振效率 俘能性能
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基于压电螺旋梁的驱动电路设计与试验
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作者 郭家训 李秋彤 刘艳 《压电与声光》 北大核心 2025年第5期894-901,共8页
针对压电振动能量收集装置存在输出功率低、带载能力差的问题,提出了一种参数可调式自适应驱动电路。仅在压电振子产生机械能振动时对原始电能进行高效整流-降压-放大处理,实现稳定的功率输出。试验结果表明,采用螺旋梁振动能量收集装置... 针对压电振动能量收集装置存在输出功率低、带载能力差的问题,提出了一种参数可调式自适应驱动电路。仅在压电振子产生机械能振动时对原始电能进行高效整流-降压-放大处理,实现稳定的功率输出。试验结果表明,采用螺旋梁振动能量收集装置时,最佳阻抗匹配100 kΩ时最大输出功率为500μW,而经过驱动电路后,负载端功率达到60 mW,可支持传感器工作。进一步结合振动触发的供能策略,替换传统电池持续供电模式,传感器仅在发生机械振动时工作,电池使用寿命延长67%。 展开更多
关键词 压电 螺旋梁 自适应驱动电路 振动能量收集 阻抗匹配
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