微型直线式振动能/电能转换模型的结构与性能研究

论文摘要

在经济高速发展、能源日益匮乏的今天,可再生能源已逐渐成为社会关注的焦点。振动是自然界中存在的一种极为普遍的可再生能源,然而,这种能源却被减振设备吸收,或被忽视而浪费。为有效利用这种能源,国内外已研究出多种不同结构的振动能/电能转换装置,本文所研制的微型直线式振动能/电能转换模型就是其中的一种。利用Ansoft Maxwell有限元分析软件,以空载感应电势幅值作为磁感应强度、绕组平均横截面积及绕组个数的目标函数,对具有不同组数磁体及排列方式的动子进行了结构设计和尺寸优化。最终确定了相邻互斥的两组永磁体之间加入等长的铁磁圆环柱的模型结构。此模型体积小,重量轻,空载电势高,且在收集振动能的同时,具有减震作用。在运用电磁场有限元法求得定子绕组电感的条件下,运用场路耦合法计算了空载磁场及有载电压、电流、最大功率及效率,结果表明:空载磁感应强度最大值、负载端电压及电流的最大值分别为1.07T、1.35V、0.15A;最大功率及效率分别为0.103W、68.9%。利用虚拟仪器技术对模型在不同激振频率下的空载感应电势进行了测量。实验结果表明:模型在激振器频率为11.2 Hz时,空载感应电势达到最大值2.4V。模型适用于具有低频振动的能量转换,本文所获得的结果对进一步研究振动能/电能转换具有参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 课题来源及研究的目的及意义
• 1.4 课题研究内容
• 第2章 振动能/电能转换模型及其尺寸优化
• 2.1 物理模型及其振动能/电能转换原理
• 2.1.1 振动能/电能转换模型
• 2.1.2 能量转换原理
• 2.2 尺寸优化
• 2.2.1 磁感应强度分布
• 2.2.2 绕组平均横截面积A
• 2.2.3 绕组个数
• 2.3 最佳模型尺寸
• 2.4 本章小结
• 第3章 模型空载及负载分析
• 3.1 空载磁场分析
• 3.1.1 数学模型建立
• 3.1.2 赋予材料属性
• 3.1.3 网格剖分
• 3.1.4 空载磁场分布
• 3.2 负载时磁场有关参数的计算
• 3.2.1 模型定子绕组电感的求解
• 3.2.2 电路参数计算
• 3.2.3 最大功率和效率计算
• 3.3 本章小结
• 第4章 模型实验
• 4.1 实验装置
• 4.1.1 功率放大器与激振器
• 4.1.2 数据采集装置
• 4.2 实验结果及分析
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢