微型磁电式振动能量收集器的仿真和优化

发布时间：2017-05-10 04:06

  本文关键词：微型磁电式振动能量收集器的仿真和优化，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磁电发电是一项成熟的技术,将这种传统技术应该于微型振动能量收集已经得到广泛的研究。与其他换能机制相比,实现高磁电阻尼意味着此类器件可以在更宽频段内实现振动能量收集。 本文围绕微型振动能量收集技术研究,在阅读大量国内外文献的基础上,设计了基于悬臂梁的动铁型磁电振动能量收集器系统。从有限元力学和磁场仿真出发,比较了有限元分析的预测结果。 利用ANSYS对悬臂梁的结构进行了设计与优化：利用APDL语言,改变悬臂梁式拾振系统的各种尺寸,并通过计算得出悬臂梁弹性系数：通过模态分析得出结构尺寸变化与谐振频率的关系,优化后的悬臂梁结构的谐响应频率为50.9Hz；通过谐响应分析得出在共振的频率下永磁体的振幅,当谐响应频率为50.9Hz时永磁体的振幅大约为0.9mm。通过这些模拟计算对选择合适的模型、优化悬臂梁的结构有一定的指导意义。 利用Ansoft Maxwell3D模拟动铁型磁电振动能量收集器结构参数对发电性能的影响：通过模拟计算出该模型的磁电式能量收集器的输出电压大约为几十毫伏。利用Ansoft Maxwell3D参数化分析模块得到了永磁体尺寸、线圈尺寸、线圈匝数、振幅、间距与输出电压的影响关系。这对选择合适的能量转换系统结构、能量转换系统的结构优化有一定的指导意义。
【关键词】：有限元仿真 振动能量收集 微型发电机 磁电 悬臂梁 MEMS
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK01
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 课题背景及研究目的9-10
• 1.2 微型磁电式振动能量收集器的研究现状10-18
• 1.2.1 微型器件10-14
• 1.2.2 宏观器件14-17
• 1.2.3 商用器件17-18
• 1.3 本文研究的意义和主要内容18-21
• 第2章 磁电式振动能量收集器的基本原理及分析21-38
• 2.1 磁电振动能量收集的基本原理21-24
• 2.1.1 磁电式振动能量收集器的分类21-23
• 2.1.2 基本原理23-24
• 2.2 磁电式振动能量收集器的分析24-35
• 2.2.1 线圈的特性24-27
• 2.2.2 磁性材料27-30
• 2.2.3 磁电式振动能量收集器的按比例缩小30-33
• 2.2.4 磁电阻尼按比例缩小33-35
• 2.2.5 磁电功率优化35
• 2.3 磁电式振动能量收集器的物理模型及分析35-38
• 2.3.1 悬臂梁结构模型35-36
• 2.3.2 工作原理36-38
• 第3章 基于ANSYS的悬臂梁结构的仿真与分析38-47
• 3.1 悬臂梁的有限元仿真模拟38-39
• 3.1.1 ANSYS分析的基本过程38
• 3.1.2 悬臂梁拾振系统的分析过程38
• 3.1.3 ANSYS模型建立和网格划分38-39
• 3.2 ANSYS仿真分析39-42
• 3.2.1 静力分析40
• 3.2.2 模态分析40-41
• 3.2.3 谐响应分析41-42
• 3.3 悬臂梁结构的优化42-45
• 3.3.1 悬臂梁弹性系数的计算42
• 3.3.2 固有频率的计算42-45
• 3.3.3 悬臂梁结构的振幅响应分析45
• 3.4 本章小结45-47
• 第4章 基于Ansoft的磁电能量转换结构仿真与计算47-59
• 4.1 Ansoft Maxwell的瞬态仿真计算47-49
• 4.1.1 Ansoft Maxwell软件47
• 4.1.2 Ansoft Maxwell 3D仿真计算基本步骤47-48
• 4.1.3 基于Ansoft Maxwell 3D的能量转换系统仿真过程48
• 4.1.4 磁电能量转换系统的模型建立48-49
• 4.2 磁电能量转换系统参数对输出电压的影响49-58
• 4.2.1 永磁体尺寸对输出电压的影响49-52
• 4.2.2 永磁体振幅对输出电压的影响52-53
• 4.2.3 永磁体和线圈的间距对输出电压的影响53
• 4.2.4 线圈西数对输出电压的影响53-58
• 4.3 本章小结58-59
• 第5章 结论与展望59-61
• 5.1 结论59-60
• 5.2 展望60-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果65-66
• 致谢66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王佩红;戴旭涵;方东明;赵小林;;微型电磁式振动能量采集器的设计和电磁特性仿真研究[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2008年04期

2 娄利飞;杨银堂;樊永祥;李跃进;;压电薄膜微传感器振动模态的仿真分析[J];振动与冲击;2006年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王佩红;基于MEMS技术的微型电磁式振动能量采集器的研究[D];上海交通大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 魏双会;压电陶瓷发电特性及其应用研究[D];大连理工大学;2008年

2 鲁海宁;生物质全降解餐饮具模具结构分析及优化[D];山东大学;2010年

3 党亚歌;矿用FBD局部通风机虚拟原型设计及数值模拟分析[D];西安科技大学;2010年

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本文编号：353956