對廣泛存在于環(huán)境中的低頻振動能,基于電磁感應(yīng)原理,采用新型的磁力彈簧,透明光敏樹脂材料和N38永磁體,設(shè)計了將低頻振動能轉(zhuǎn)換成電能的2種能量收集器原型樣機;建立了能量收集器物理模型的靜力學(xué)和動力學(xué)模型,采用Simulink模塊分別對能量收集器的3種結(jié)構(gòu)形式進行了運動學(xué)仿真,得到了相應(yīng)的位移、速度及加速度表達(dá)式及其隨時間變化圖像;搭建測試平臺,進行了低頻振動實驗對比和性能分析,結(jié)果表明2個磁力彈簧且上方懸空結(jié)構(gòu)形式感應(yīng)電壓高。 

【文章來源】：高技術(shù)通訊. 2020,30(07)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

振動系統(tǒng)示意圖

根據(jù)振動系統(tǒng)示意圖的結(jié)構(gòu)分析,對收集器的基本結(jié)構(gòu)進行設(shè)計:(1) 外形為圓柱管狀結(jié)構(gòu);(2) 底部固定有永磁體,管內(nèi)有與之相對的運動永磁體;(3) 管體外部纏有若干線圈。中部外徑略小于兩端是為了方便纏繞線圈,這3部分的內(nèi)徑是一樣大的,略大于選定的圓柱形永磁體。底座上的2個突起是方便安裝定位用的,管體的對應(yīng)處留有相應(yīng)的沉孔。底座兩端留有2個螺栓的安裝孔,使管體和底座可以通過螺栓連接起來。底座中部留有一個沉孔,用于安裝固定磁力彈簧的固定部分。在收集器基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,再設(shè)計一種包含2個磁力彈簧的改進能量收集器結(jié)構(gòu)。改進結(jié)構(gòu)的底部除可以安裝磁力彈簧外,頂部可也安裝一個磁力彈簧。在振動過程中,頂部的磁力彈簧能加速質(zhì)量塊回到平衡位置,從而加速線圈中磁通量的變化率,增加感應(yīng)電能的電壓值。2個磁力彈簧的改進結(jié)構(gòu)如圖2所示。電磁式振動能量收集器2種管體結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)如表1所示,另外其底板結(jié)構(gòu)參數(shù)為長80 mm、寬20 mm、高5 mm,螺栓孔間距64 mm、螺栓孔直徑6 mm,凸臺高度1 mm、凸臺直徑8 mm,中部凹孔高度2 mm、直徑20.5 mm;線圈相關(guān)參數(shù)為匝數(shù)300、阻值17.5 Ω、繞線位置55.8 mm、直徑0.15 mm。

靜力學(xué)模型分析的是當(dāng)外界輸入振動為0時,即系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)時系統(tǒng)的力學(xué)模型。磁力彈簧固定于殼體上,受力分析時不用考慮底部的永磁體,只對充當(dāng)質(zhì)量塊的永磁體加以分析即可。對于只包含一個磁力彈簧的結(jié)構(gòu),質(zhì)量塊受力分析如圖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)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3287336