基于电镀铜平面弹簧的微型电磁式振动能量采集器

采用微机电系统加工技术制作出一种结构新颖的微型电磁式振动能量采集器,它可以把周围环境中的振动能转换为电能。整个结构主要由圆形SmCo28永磁体、铜平面弹簧和双层线圈构成。采用UV-LIGA技术和电镀技术制作铜平面弹簧和双层线圈,并与永磁体一起组装成试验样机,其体积大约为200mm3。Ansys有限元仿真结果表明共振结构的一阶固有频率为129.3Hz。对组装好的电磁式振动能量采集器试验样机的初步测试表明：在加速度为3g（g=9.8m/s2）的外界输入冲击下,负载两端的交流电压峰峰值为32.5mV。     

双自由度磁悬浮式桥梁振动能量采集器数值仿真和优化

提出了一种能利用桥梁振动能量为传感器持续供电的双自由度磁悬浮振动能量采集器(TMEH),该系统的能量采集效率远高于传统单自由度磁悬浮振动能量采集器(SMEH).推导了TMEH系统的运动控制方程和机电耦合方程;建立了TMEH的多目标优化模型,提出了基于NSGA2算法的能量采集器参数优化设计方法;最后将TMEH和SMEH在简谐振动激励和桥梁随机振动激励作用下的响应特性和能量采集效率进行了对比.研究结果表明:1)通过NSGA2算法优化设计,TMEH能获得更宽的采能带宽和更高的输出功率;2)TMEH比SMEH的采能效率有明显提高.在简谐振动激励和桥梁随机振动激励作用下,TMEH的输出功率比SMEH增加了约2倍.     

悬臂梁双压电振动能量采集器发电性能研究

为了收集环境中的振动能量,实现无线传感器网络节点等低能耗器件的自供电,针对电动机的机械振动,设计了一种可采集电动机振动能量的压电振动能量采集器。研究了电动机转速、负载阻值和悬臂梁自由端固定不同质量永磁铁块对压电振动能量采集器输出电压和输出功率的影响。实验结果表明,负载上电压随着负载阻值的增大而增大;输出功率不随负载阻值和所加永磁铁质量的增大,而是存在一个最优负载和一个最佳质量的永磁铁,当电动机的振动频率等于悬臂梁双压电振子的固有频率时,输出功率达到最大,并与理论计算值接近。     

LTC3108在MSMA振动能量采集器中的应用

为将磁控形状记忆合金振动能量采集器收集到的微弱交流电,转化为可以向无线传感器网络系统供电的稳定直流电,采用LTC3108芯片,设计磁控形状记忆合金振动能量采集器电源管理电路.研究结果表明:该系统在输入幅值和频率波动的情况下,能够输出稳定的直流电压,可以对无线传感器网络系统提供持续稳定的电压,满足对振动能量的存储能力及存储效率的要求.     

驻极体静电能量采集器的结构优化

设计了基于高弹驻极体膜的可变电容静电能量采集器,通过有限元仿真模型研究了器件结构参数对输出功率的影响。制备并表征了优化结构的器件,实验和数值计算结果吻合。通过调节驻极体膜的预拉伸状态和振子的质量能够改变结构刚度和谐振频率,进而影响能量采集器的输出功率。结果表明:由大小和面电荷密度分别为30 mm×10 mm和0.6 m C·m~(-2)的高弹氟化乙丙烯(FEP)驻极体膜、深度为4.0 mm的V型感应电极,以及质量为0.06 g振子构成的能量采集器,在1g(g为重力加速度)正弦加速度激励和20 Hz谐振频率下的输出功率高达870μW。     

微型压电及磁电式能量采集器的研究进展

无线传感器网络是二十一世纪影响人们生活的关键技术之一,具有广阔的应用前景,而微型能量采集器因最有可能代替传统电池为其节点供电,已成为国内外的研究热点。重点介绍了国内外压电式及磁电式微型能量采集器的研究进展;分析了其结构设计、器件性能,包括器件固有频率、输出电压以及输出功率等关键性参数,总结了其能量收集模块与能量储存模块的优缺点,对未来研究工作所面临的挑战及发展趋势进行了讨论。     

压电微悬臂梁振动能量采集器谐振频率和功率的研究

压电振动能量采集器可将自然界中广泛存在的机械振动能转换为电能,并且一直向微型化电源的目标迈进．为此,以矩形压电微悬臂梁结构作为换能单元,通过时压电层等效电流源和单相桥式整流电路的理论及相关公式的推导,得出微能量功率的计算公式．通过分析看出,在实际设计压电振动能量采集装置时,可采用适当增加质量块质量和减小梁长度的方式来满足整体结构在自然环境中实现低频谐振、获得较大的功率输出的设计要求．     

振动理论的计算机MATLAB仿真研究方法

根据单自由度系统自由振动与强迫振动的运动方程，应用MATLAB仿真工具Simulink创建相应的仿真模型，从而为进行诸如消除共振，阻尼对振动的影响等理论与实践问题的研究提供了有力的工具与方法。     

车架结构对微型客车碰撞能量分布的影响研究

本文以Lagrange法为算法为基础，采用动态显式非线性有限元分析技术，就车架结构对微型客车碰撞能量分布的影响特性进行了捞真研究。探讨了关键部件的建模处理及整车仿真参数设置与控制方法，妥善处理了仿真精度和计算效率的矛盾，实现了用较少的单元和镎短的时间对微小型客车正面碰撞的模拟。在此基础上，本文以添加第一横梁、第三横梁和保险杠前后的碰撞为例，对车架结构对微型客车碰撞能量分布的影响进行了仿真研究。模拟结果表明，第三横梁和保险杠对微型小客车的耐撞性起重要的作用，添加第三横梁和保险杠后，微型小客车正面碰撞时，碰撞能量分散较快，其纵梁前段和驾驶员座位下与前门槛板对应的纵梁部分基本未发生变形，整车的耐撞性得到了明显的改善 。     

采用振动能量技术的稳压电源设计

为了解决无线终端等低功耗嵌入式设备的供电问题,提出了一种采用振动能量采集芯片的稳压电源设计方案.介绍了振动能量采集器的工作原理,给出了稳压电源电路设计方案,分析了能量转换的工作过程,并根据振动采集的特点和负载供电的需求,选择合适的无源器件参数.最后给出了仿真数据,结果表明:该振动能量稳压电源转换效率高,输出电压纹波和噪声低,能够为适用负载提供可靠供电.     

弱振动环境中的压电俘能器

研究了一种能从弱振动环境中有效俘能并储能的压电俘能器,分析了该器件将机械能转化成交流电和直流电并最终储存到化学电池的全过程.利用能量平衡条件,确定了直流升压变换器的占空比与俘能结构的输出整流电压之间的关系,该关系式使得人们可以通过调节电路参数占空比来改善俘能结构的性能,以保证在环境振动变化时,俘能端也能随之调节到最优工作状态.计算表明:有直流升压变换器的压电俘能器充电效率比没有时的充电效率要提高好几倍.     

电磁激振器电磁场的有限元仿真分析

以实验室电磁激振器样机为基础,基于电磁场有限元理论,建立了电磁激振器样机的二维电磁场仿真模型,分析了电磁激振器工作时的冲锤受力现象和磁场分布规律,计算得到了磁力线分布、磁感强度分布和运行过程中冲锤受力变化规律等结果,研究了电磁激振器的磁储能和磁共能的能量变化规律,分析了样机模型的磁饱和特性.计算结果表明:电磁场有限元模型能较全面的反应电磁激振器的电磁场特性,为进一步设计研究电磁激振器提供一定的参考.     

主动式压电俘能电路研究分析

现有的压电俘能器大多是针对某一较窄频率范围内的振动情况而设计,但周围环境的频率范围非常宽泛且随时可能发生变化,导致一般俘能器很难实现能量俘获或俘能效率低,为了解决这一问题,设计了一种新的T型压电悬臂梁作为俘能装置。从结构设计和电路设计2方面出发,进行了静力学分析、模态分析和谐振分析,得出压电结构装置的固有频率和激振力频率等响应,对新型的主动式俘能电路进行设计,计算电路的功率损耗以及元器件损耗量。通过对主动式俘能电路进行计算仿真验证,以及对主动技术和被动技术进行对比分析,得到主动技术所获得的最大功率是被动技术的5倍。由此可知,运用电压控制型主动边界控制方法进行接口电路设计,主动利用每个压电换能周期中触发的电学边界条件,可有效增加输入压电俘能器的机械能,进而增大输出的电能。该研究创新了利用压电材料主动俘能的方式,对压电俘能的发展有积极的促进作用。     

高压气体激励式压电俘能器的设计与实验

为满足对气动系统无线传感网络的供电需求,设计了一种密封性能优异、外置型气体激励式压电俘能器,搭建了俘能特性实验测试系统.以换向阀换向过程产生的交变气体为激励,通过改变换向冲击压力和负载电阻,分析峰值电压和峰值功率,探究了俘能器的俘能特性.结果表明:换向冲击压力越大,俘能器产生的峰值电压越高;负载电阻增大,峰值电压升高,...     

柔性梁颤振机理在压电式微型风能收集器设计中的应用

提出了基于颤振机理的微型风能收集器,采用颤振的柔性梁牵引锆钛酸铅(PZT)压电梁发生振动.通过风洞实验研究了柔性梁颤振发生的过程,发现颤振发生在切入临界风速与切出临界风速之间.分析了柔性梁的长和宽对器件性能的影响,发现随柔性梁长度增加,收集器的临界风速、颤振频率、输出电压和功率等性能都减小;随着宽度增加,临界风速基本不变,而颤振频率、输出电压和功率都增加.微型风能收集器的最低临界风速为6.4 m/s,最大输出功率为1.30 mW.结果表明柔性梁结构降低了PZT梁的切入临界风速,提高了输出功率,证实了基于柔性梁颤振结构的微型风致振动能量收集器的可行性.     

精密设备主动SAWPSO-PID振动控制器设计及仿真研究

比例-积分-微分(PID)控制器具有简单、稳定性好、可靠性高、鲁棒性强等特点,在振动控制领域应用广泛。而传统的主动PID控制器参数以假设或经验性选取为主,不科学且不能充分发挥控制器性能。自适应权重粒子群算法(self-adaptive weight particle swarm optimization,简称SAWPSO)克服了传统粒子群算法寻优过程的早熟情况,能使PSO算法达到局部及全局最优的平衡。文章基于SAWPSO算法,设计了SAWPSO-PID控制器,以时间乘以误差绝对值积分(ITAE)为目标适应值函数,对精密设备振动进行了PID参数自整定的优化控制研究,并与经验型参数选定PID振动控制、被动隔振(无控)进行了对比分析。     

结晶器振动电液伺服系统设计与仿真

信息社会主义是彰显信息时代特征的社会主义新形态,是以信息技术与信息资本作为主要生产力,消灭利用信息资本的剥削,消除信息财富的两极分化,推进电子政务的公开化、民主化,增强信息文化的大众化、素质化,倡导人与自然更加和谐相处的社会主义。通过对与信息社会主义概念有关的若干理论问题的分析和解答,让我们认识到了信息社会主义与社会主义在理论渊源上是一脉相承的关系,信息社会主义研究对于“中国特色的社会主义”理论创新与建设发展具有重要意义。     

轮毂电机嵌入式电磁驻车制动设计与仿真

根据电磁理论和电磁制动器的工作原理,设计了一种能耗低、嵌入式轮毂电机内部的电磁断电制动新型结构,并且提出了分析计算方法。对电磁制动器进行了磁路分析,建立了数学模型。通过Ansoft软件建立了三维有限元模型,对电磁制动器的电磁性能和工作特性进行分析,并对电磁制动器工作过程进行动态仿真研究。分析了电磁制动器内部复杂的磁场强度分布和电密分布等,得到了激励绕组电流、电磁力与工作气隙以及衔铁位移等变化曲线。电磁吸力的实验结果与仿真计算结果一致,表明电磁有限元方法分析电磁制动器的电磁性能是准确可靠的,能满足电动代步车驻车制动系统的灵敏性、可靠性和特殊要求。     

电磁导引智能车仿真平台设计与实现

设计并实现了一套电磁导引智能车的仿真平台,包括软件仿真和硬件仿真2种模式.前者通过软件模拟电磁导引,计算瞬时传感器状态,解决了电磁导引在动态过程中难以定量分析的问题.后者通过引入缩微车,实现硬件在环,解决了电磁导引中难以建立精确动力学模型的问题.实验结果表明:软件仿真与实际电磁环境相似度高,硬件仿真通过引入硬件在环,可...