微型抗磁悬浮振动能量采集器宽频响应研究
本文选题:能量采集器 + 抗磁悬浮 ; 参考:《郑州大学》2017年硕士论文
【摘要】:随着当今信息技术的高速发展,信息资源的不断融合,电子产品设计制造成本的不断降低,使得其更新速度和更新空间不断增大。目前这些产品趋向于微型化、集成化、无线化和便携化,但是在供电问题目前可靠的解决方案仍是传统电池,有效电源以及微电池。随着人们对环境保护,人机工程,以及效率成本重视程度的不断提高,这些供电方式存在的固有局限也逐渐地暴露出来,因此能量采集技术受到人们越来越多的关注。本文研究抗磁悬浮微型振动能量采集器的宽频响应特性。首先介绍了其结构模型和工作原理,其次对系统内部受力进行理论分析。利用有限元软件COMSOL Multiphysics对磁力和抗磁力进行仿真并通过数值分析的方法计算出其平衡位置,发现了单稳态和双稳态现象,通过实验予以验证,并分析了结构参数的变化对平衡位置的影响。其次,从理论和仿真两个方面对抗磁悬浮振动能量采集器的感应电压进行分析和计算,并就线圈不同的参数对输出电压和功率的影响进行了仿真分析,从功率最大的角度确定了线圈的结构参数。接着,在理论分析电磁阻尼力的基础上,通过响应面法将永磁体的磁场进行拟合分析,进而求出电磁力的解析式。从能量转化最大角度,确定线圈以反向反接的方式进行设置;将永磁体在能量采集器内部振动受到的空气阻力近似为一次函数,求出空气阻力的解析式。最后,建立系统的动力学方程,将动力学方程等效为含有高次交叉项的Duffing—van der Pol方程,通过分析影响方程中各个参数的外界条件,进而分析了采集器在开路和工作状态时,不同的稳态下,永磁体的动力学响应特性和能量输出特性。
[Abstract]:With the rapid development of information technology and the continuous integration of information resources, the design and manufacturing costs of electronic products are continuously reduced, which makes the updating speed and space of electronic products increasing. Currently, these products tend to be miniaturized, integrated, wireless and portable, but the current reliable solutions to power supply problems are traditional batteries, efficient power sources, and microbatteries. With the increasing attention to environmental protection, ergonomics and efficiency cost, the inherent limitations of these power supply methods are gradually exposed, so more and more attention has been paid to energy acquisition technology. In this paper, the characteristics of wide-band response of anti-maglev micro vibration energy collector are studied. Firstly, the structure model and working principle of the system are introduced, and then the internal force of the system is analyzed theoretically. The simulation of magnetic force and magnetic resistance is carried out by finite element software COMSOL Multiphysics, and the equilibrium position is calculated by numerical analysis method. Monostable and bistable phenomena are found, which are verified by experiments. The influence of structural parameters on the equilibrium position is analyzed. Secondly, the inductive voltage of the magnetic levitation vibration energy collector is analyzed and calculated from two aspects of theory and simulation, and the influence of different parameters of the coil on the output voltage and power is analyzed. The structure parameters of the coil are determined from the point of view of maximum power. Then, based on the theoretical analysis of the electromagnetic damping force, the magnetic field of the permanent magnet is fitted and analyzed by the response surface method, and the analytical formula of the electromagnetic force is obtained. From the point of view of maximum energy conversion, it is determined that the coil is set in reverse connection, and the air resistance of permanent magnet vibration in the energy collector is approximated as a first order function, and the analytical formula of air resistance is obtained. Finally, the dynamic equation of the system is established, and the dynamic equation is equivalent to the Duffing-van der Pol equation with high order crossover term. By analyzing the external conditions affecting the parameters in the equation, the paper analyzes the open circuit and working state of the collector. The dynamic response and energy output characteristics of permanent magnets are obtained under different steady state conditions.
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM619
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本文编号:1991222
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