一种电磁式低频振动能量收集器建模仿真与分析

发布时间：2021-07-16 16:18

　　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。 

【文章来源】：高技术通讯. 2020,30(07)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

振动系统示意图

根据振动系统示意图的结构分析,对收集器的基本结构进行设计:(1) 外形为圆柱管状结构;(2) 底部固定有永磁体,管内有与之相对的运动永磁体;(3) 管体外部缠有若干线圈。中部外径略小于两端是为了方便缠绕线圈,这3部分的内径是一样大的,略大于选定的圆柱形永磁体。底座上的2个突起是方便安装定位用的,管体的对应处留有相应的沉孔。底座两端留有2个螺栓的安装孔,使管体和底座可以通过螺栓连接起来。底座中部留有一个沉孔,用于安装固定磁力弹簧的固定部分。在收集器基本结构的基础上,再设计一种包含2个磁力弹簧的改进能量收集器结构。改进结构的底部除可以安装磁力弹簧外,顶部可也安装一个磁力弹簧。在振动过程中,顶部的磁力弹簧能加速质量块回到平衡位置,从而加速线圈中磁通量的变化率,增加感应电能的电压值。2个磁力弹簧的改进结构如图2所示。电磁式振动能量收集器2种管体结构的基本参数如表1所示,另外其底板结构参数为长80 mm、宽20 mm、高5 mm,螺栓孔间距64 mm、螺栓孔直径6 mm,凸台高度1 mm、凸台直径8 mm,中部凹孔高度2 mm、直径20.5 mm;线圈相关参数为匝数300、阻值17.5 Ω、绕线位置55.8 mm、直径0.15 mm。

静力学模型分析的是当外界输入振动为0时,即系统处于静止状态时系统的力学模型。磁力弹簧固定于壳体上,受力分析时不用考虑底部的永磁体,只对充当质量块的永磁体加以分析即可。对于只包含一个磁力弹簧的结构,质量块受力分析如图3所示,得到如式(1)的平衡方程。{ F Μ AB = μ 0 Q A Q B 4πr AB 2 F Μ AB -m A g=0 ?????? ??? (1)

【参考文献】：
期刊论文
[1]簧下调谐系统回收车辆轮胎的垂向振动能量[J]. 白世鹏,侯之超.  清华大学学报(自然科学版). 2018(11)
[2]振动驱动微能源技术研究进展[J]. 张亚婷,丑修建,郭涛,熊继军.  微纳电子技术. 2012(04)



本文编号：3287336