压电单晶梁发电机的能量效率

压电发电装置的能量转换效率主要取决于其结构形式、几何参数及材料性能等.为提高压电发电机的机电能量转换效率及其发电能力,利用欧拉一伯努利方法建立了发电装置的能量转换模型,研究了结构及参数等对压电发电机能量转换效率及发电能力的影响规律.结果表明,存在最佳厚度比(基板/总厚)可使发电机获得最大的能量转换效率和发电量;随杨氏模量比(基板/陶瓷)的增加,最佳厚度比降低,但效率提高.钼、铝基板发电机的最佳厚度比和效率分别为(O.4,2.74%)和(O.7,2.25%).此外,压电发电机的发电能力还与激励方式有关,恒力激励时存在的最佳杨氏模量比使产生的电量最多,恒位移激励时产生的电量随杨氏模量比的增加而增加.因此,设计时应根据激励方式确定基板的材料及合理的厚度比.     

加速度计惯性组件装配设备的控制策略及软件实现

微型悬丝摆式加速度计惯性组件的构成零件多,形状及尺寸跨度大,易变形。目前,该组件主要采用人工装配,效率低,精度难以保证。为此,研制了专用悬丝摆式加速度计惯性组件自动装配设备。设备采用反射棱镜和单相机,从而实现了立体测量功能,并且设计了专用工装夹具。基于硬件设计和装配任务要求,制定了包含互适应的先看后动反馈控制策略,以及工装夹具保证+视觉/力觉反馈调整的精度控制策略。基于分层软件架构和模块化思想,开发了悬丝摆式加速度计惯性组件自动装配控制软件,实现了自动定位与装配功能。实验表明,摆组件的平行度小于15μm,对称度小于20μm,位置精度优于15μm,装配精度满足使用要求。     

微型摆式二冲程内燃机柔性多体动力学仿真分析

以新型微型摆式二冲程内燃机模型为基础,建立了微型摆式二冲程内燃机的三维实体模型、系统多体动力学模型.结合ANSYS与ADAMS软件,对微型摆式二冲程内燃机工作状态下的柔性多体动力学进行了仿真计算,获取了动力学特性曲线.得出了系统在受燃烧力作用下的稳定性.     

基于微液滴介质和差分电容器的静电式微型振动发电机

针对现有悬臂梁式微型振动发电机存在低频响应不敏感,抗冲击能力差等问题,提出了一种利用微液滴介质拾振实现差分电容器变化及电荷转移的静电式微型振动发电机新结构.根据驻极体模型,推导出了差分电容器极板的电荷分布公式;结合微液滴作受迫正弦振动假设,建立了静电式微型振动发电机的数学模型.采用COMSOL Multiphysics软件对微液滴运动及电容器极板电荷分布进行了仿真,得到了发电机的输出电压幅频特性.制作出了以汞为介质的静电式微型振动发电机样机,进行了样机的性能测试.实验结果表明:该静电式微型振动发电机共振频率为3 Hz,在加速度为3 9、振动激励频率为3 Hz,负载为1 MΩ时,测得样机输出电压峰-峰值为1.21V,输出功率为0.73 μW,实现了环境中低频振动能量的获取与转换.     

新型棘轮止逆波能收集装置建模及数值分析

针对现有波浪能收集装置结构复杂、可靠性低及转化效率低等瓶颈问题,设计出一种新型棘轮止逆波能收集装置,该装置能够全周期可靠高效地利用海浪发电。建立了以海浪特性为外部激励的系统动力学非线性方程,推导了考虑发电机负载作用的能量转换效率公式。对系统参数进行了敏感性分析并结合某海域典型海浪特性,对浮体关键参数及装置转换效率进行了仿真预测。研究结果表明,选取较差波况条件下,发电机仍具有周期性的转矩输入特性及较高的平均发电效率。     

微型摆式内燃机中心摆的模态分析

中心摆的模态分析是微型摆式内燃机动力学分析的基础.以微型摆式内燃机弟三轮试验样机的中心摆为研究对象,对其中心摆进行了模态分析,得到了中心摆的固有频率及振型,为评价微型摆式内燃机的动态特性提供理论依据.     

基于6-UCU并联机构的波浪直线发电机建模及性能分析

针对波浪运动的多方向传播特性,为提升波浪能俘获及转换效率,提出了一种基于6-UCU六自由度并联机构的波能直线发电装置.其中,动平台与浮筒相连实现波浪能的俘获功能,6条支链由具有相同动、定子参数的电磁式直线发电机构成,实现波能转换能量传递(Power Take Off,PTO)功能.基于微幅波理论和F-K(Froude-Krylov,弗汝德-克雷洛夫)假定法计算装置所受到的波浪力.采用ADAMS和MAXWELL相结合的方法,构建直线发电机的电磁场有限元仿真模型,通过最小二乘法拟合动定子的相对运动速度变化规律,并对直线发电机的能量转换及发电性能进行分析,讨论发电机支链动子上永磁体间距对发电机性能的影响规律.通过计算,所设计装置的波能转换效率可达33.37％.研究结果为多方向波浪能量转换装置的设计提供了一定的理论依据.     

摆式海洋波浪能量转换原理与应用

摆式海洋波浪能量转换装置具有转换效率高、成本较低等优点,将会越来越多地用于发电系统并接入电网。该文介绍摆式海洋波浪能发电装置的基本原理,综述国内外几种典型的摆式波浪发电装置及其运行情况,包括日本推摆式波浪发电装置、中国大管岛悬挂摆式波浪发电装置、芬兰WaveRoller海浪发电机和英国WRASPA波浪发电装置等的液压转换原理和特点。     

微型摆式内燃机有限元分析与散热结构设计

研究的对象MFPSE(微型摆式内燃机)体积为132*120,体积的减小致使MFPSE工作温度过高,MFPSE的中心摆和缸体是传递能量和组成燃烧室的重要部件,过大的热负荷将使其局部表面发生热疲劳,加上燃烧气体的腐蚀和气流的冲击,以至最终疲劳破坏。根据MFPSE工作特性利用有限元分析软件对其进行了温度场分析、热—结构耦合分析及干涉分析,得到MFPSE的工作特性,并结合试验样机的工作状况,初步设计了MFPSE的散热结构,并利用分析软件进行了散热效果的虚拟分析,效果良好。     

自供电式汽车磁流变减振器特性研究*

针对现有磁流变减振器自供电装置结构复杂、机电转换效率低能等问题,提出一种运用滚珠丝杠驱动的盘式永磁发电机的能量采集器。介绍盘式永磁发电机的结构和原理;运用software Maxwell 3D软件分析发电机气隙磁密,理论计算出发电机基本机电能量转换关系;建立了盘式发电机的电磁有限元模型,用仿真软件对所设计的电机空载负载输出电压进行研究;制作了样机,对盘式永磁发电机分别进行定转速激励和正弦激励测试其机电转换性能;研究带有能量采集器的磁流变减振器在正弦激励下阻尼力特性。试验结果表明该盘式永磁电机能够为磁流变减振器提供所需的电能。     

磁力调频压电电磁复合发电设计与实验

开展了基于环境振动发电作为微电源弥补传统化学电池供能缺陷的研究。基于非线性磁力调频开发了低宽频振动能采集压电电磁复合发电系统。介绍了发电装置工作原理;利用ANSYS和Ansoft Maxwell有限元分析软件仿真分析了压电和电磁发电的输出特性;最后,搭建了压电电磁复合宽频发电装置实验测试系统,测试了发电系统在磁力自调过程中的输出特性。实验结果显示:复合发电系统在谐振频率60Hz时输出开路电压峰值为5.8V,高于压电系统(5.5V)和电磁系统(410mV)独立发电的开路电压峰值。施加磁力拓宽装置后,当压电悬臂梁沿竖直方向上下移动0~15mm时,系统适应谐振频带拓宽为45~76Hz;悬臂梁沿水平方向平移0~30mm时,谐振频带拓宽为51~70 Hz。结果表明仿真分析与实验测试结果吻合很好。该宽频带能量采集技术可用于低频振动环境的能量采集,可在频变环境中为微型低功耗系统提供低电能。     

通过增大转速与磁通提高旋转发电机反应速度

气动式旋转发电机的反应速度不仅是其作为引信电源的一项重要指标。而且也是其作为速度传感器的一项重要的灵敏度指标。采用降低发电机的启动风速的措施来提高发电机的反应速度不仅效果有限,而且还会影响引信的安全性。通过对气动式旋转发电机的组成、工作机理、运动方程的分析,得出发电机输出电压幅值的数学表达式;通过对该表达式的讨论分析,提出采用增大转速ω(t)与增加磁路磁通m的方法来提高气动式旋转发电机反应速度,并给出了增大ω(t)与增加m的措施以及算例和试验结果。     

Influence of Valve''s Characteristic on Total Performance of Three Cylinders Internal Combustion Water Pump

lntenal combustion pump (ICP) is a new type power device turning the thermal energy from fuel combustion into fluid pressure energy. Three cylinders prototype has just been developed. The study on the influence of valve's characteristic on ICP's total performance will found the base for its optimum design. Based on the theoretical and testing fruits of single cylinder prototype, the performance of the valves and complete appliance of the latest is simulated. When the natural frequency of valves is approximately to the round number times of the working frequency, volumetric efficiency is seriously low. The nominal rotational speed of the prototype is nearly to the speed where the volumetric efficiency is lowest, which is harmful to the normal work of ICP, so further structure optimization of valves should be carried out. The change of volumetric efficiency has great influence on the fuel consumption rate,output flow, effective thermal efficiency, effective power, and so on, but little on output pressure.     

基于典型作业工况的串联式电传动推土机功率跟随控制策略

为提高串联式混合动力推土机的燃油经济性,研究动力传动系统的能量分配策略。分析发动机和发电机的动态工作特性,通过台架试验建立发动机的动力输出特性模型、油耗特性模型和发电机的效率特性模型;通过超级电容的电阻串并联模型结构分析,建立超级电容的动态工作模型,设定荷电状态的安全工作范围。基于台架试验及模型获得的发动机最佳燃油消耗曲线,提出一种最佳燃油消耗曲线的功率跟随控制策略。研究推土机的典型作业工况,在典型作业工况下对提出的控制策略进行仿真,阐述超级电容的荷电状态及电压、电流的变化规律,并与传统机械传动结构的原型机在发动机工作转速、转矩、油耗和加速踏板位置变动等参数方面进行对比分析。结果表明,在推土机典型作业工况下,采用最佳燃油消耗曲线的功率跟随控制策略与原型机相比,节油率达13.1%。     

新型波浪发电装置的研究与开发

为解决海上偏远而分散的小功率用电设施的供电问题,满足波浪发电机在耐久性、蓄能性、高效率,以及低成本和安全性等方面的更高要求,设计了一种新型波浪发电装置,该发电装置的箱体可以固定在用电设施内部并跟随其摆动,利用发电装置内部的摆锤与箱体产生的相对摆动来收集波浪能,经超越离合器将主动轴的往复转动转化为两侧发电机的单向旋转从而...     

光泵甲酸分子远红外激光研究

用波长为10.6μm的连续CO2激光对HCOOH分子进行泵浦产生了743μm的远红外激光。对泵浦源的设计进行了理论分析和实验研究。测定了远红外激光的输出功率、偏振方向和泵浦效率,且输出为高斯光束,输出功率为7.3mW,泵浦效率为3.6×10-4,并对远红外激光输出的稳定性及泵浦效率进行了分析。     

低速高效垂直轴风力发电机及其特性分析

针对低风速区风力发电机需要低风速切入问题,研究了一种低速高效的定子无铁芯轴向磁通永磁风力发电机。对影响发电机性能的关键参数对进行了归纳,提出了一种单层非重叠集中绕组和优选"切饼"型磁极组合的设计理念。确定了定子无铁芯轴向磁通永磁风力发电机性能分析参数方案。利用三维有限元发电机设计平台,对发电机的空载输出特性,交、直流负载输出特性和不同转速下的负载输出特性进行了对比研究。研究结果表明,该结构发电机的各项基本电磁参数和输出特性均能满足低速风力发电系统的特殊要求:优选的磁极结构使发电机总永磁体耗用量节约11.5%,发电机最大输出效率达87.75%;低转速范围运行时,效率维持在85%以上;不同工况下输出电能总谐波畸变率低于3%。     

A SOS-Generator for technological applications

A solid-state nanosecond SOS-generator for electrophysical technology applications is described. In the input part of the generator, the energy arrives at the high-voltage magnetic compressor through IGBT modules and a step-up pulse transformer. The input part of the generator is equipped with an unused energy recuperation circuit, and, when the output pulse is formed, the microsecond pumping mode of the semiconductor opening switch (SOS) is realized. As a result, the complete efficiency of the generator operating into a matched load is increased from ∼40 to 60–62%. The other characteristics of the generator are as follows: the peak voltage is up to 60 kV, the current is up to 6 kA, the pulse duration is about 40 ns, the pulse repetition rate in the continuous mode is 1 kHz, and the average output power is up to 9 kW.     

油电混合动力挖掘机的关键技术研究

面对全球性的能源危机和环境污染,量大面广的挖掘机亟须在技术上寻求新的解决方案。油电混合动力技术采用发动机和电机复合驱动来改善发动机燃油经济性并可进行能量回收,是公认的节能减排最佳方案之一,已在车辆领域取得了卓有成效的进展。由于挖掘机与车辆在负载工况、能量回收途径、储能装置、操作性及可靠性等方面存在显著差异,须对挖掘机的混合动力技术开展专项研究。概述国内外、特别是浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室在动力复合模式与参数优化、动力系统控制、电动回转及制动能量回收、动臂势能回收及能量回收电机等油电混合动力挖掘机关键技术方面的解决方案及研究成果,并在研制的20 t混合动力挖掘机综合试验样机上得到充分验证。这些研究成果对油电混合动力技术在其他工程机械上的应用推广也具有重要意义。