交通环境能量采集及自供能交通设施 健康状态监测研究进展

从交通环境中采集能量为交通设施健康状态监测供电,不仅便捷、可持续,而且零碳环保,有益于我国“双碳”目标实现。目前关于交通环境能量采集、交通设施健康状态监测的研究有很多,但是还未见从自供能交通设施健康状态监测角度综述、总结和提炼的报道。本文概述了交通环境能量源及机电转换机制,阐述了交通设施健康状态监测的基本内容和研究进展,强调交通环境能量采集是解决交通设施健康状态监测供电问题的潜在方案,重点论述了交通环境能量采集方法及交通设施健康状态监测中的应用,探讨了自供能交通设施健康状态监测面临的挑战并进行了展望。     

双稳态减速带能量捕获装置动力学特性研究

提出了一种新型的双稳态减速带能量捕获装置,建立了其力学模型及动力学方程。在(前)后轮和前、后轮分别冲击减速带的情况下,分别选取常用的4种减速带进行对比,研究不同减速带参数下,双稳态振动发电系统的动力学响应特性,得出在第Ⅱ类减速带参数下,系统跨过势垒的次数最多,做大幅运动的时间较长,平均输出功率最大;在选取最佳减速带形状的情况下分别对不同车重下系统的发电量进行研究,得出车辆越重,发电量越大的规律。通过对外部负载电阻的研究,获得了最优电阻。上述研究结果可为减速带能量捕获系统的相关研究提供理论参考。     

一种可定时发电的减速带振动能量回收装置

为减少能源浪费,设计了一种减速带振动能量回收装置,该装置利用两个单向轴承将减速带的下降和上升的运动转换为单向运动,使用行程开关控制离合器接合分离进而控制恒力涡卷弹簧发电时间,达到定时发电和产生稳定电流并回收能量的目的,提高能量使用率。     

振动能量回收减速带建模与动力学特性研究

为了开发应用振动能量回收减速带,分析振动能量回收减速带参数与汽车悬架参数的耦合特性机理。首先分析了液压式振动能量回收减速带的工作原理;其次,研究了减速带的动态模型激励函数,并建立二自由度车辆—换能器模型,并从换能器的作用机理入手,通过复模态理论分析车辆—换能器的振动模型动力学特性;最后,依据振动能量回收减速带与汽车悬架系统的耦合动力学模型,对采用不同参数的振动能量回收减速带对汽车运动特性的影响进行了分析;并从回收能量潜能大小的角度分析了汽车悬架参数对振动能量回收减速带运动特性的影响。为振动能量回收减速带的设计提供了理论参考。     

基于曲柄连杆运动的汽车减速带能量回收装置设计

针对机动车通过减速带产生强烈颠簸和减速能量难以回收的问题,设计了一种汽车通过减速带时迫使减速带板驱动发电机发电并对电能存储的能量回收装置。基于曲柄连杆机构可将直线运动转化为圆周运动的特点,建立了减速板发电装置驱动模型,分析了运动特性;依据模型设计了可在常规汽车减速带板下部设置坑道、加装减震弹簧、安装曲柄连杆等构件的发电装置;基于二极管单向导通特性,设计采用4个二极管组成的单相桥式整流器对发电装置产生的正弦电流进行整流后存储;这一电流转换方式结构简单、功耗低、采集效率高。按3 600辆/日车流量通过该装置,初步测算一年的发电量约6.3万KW·h,该能量回收装置具有较好的社会效益和经济效益。     

微型传感器自供能技术

介绍自供电技术中常用的能量源,总结了各种自供电技术.分析了机电转换模型和方法.针对具体应用环境,为微型传感器和电子器件的长期自供能提供了思路.     

压电陶瓷人体能量收集系统的设计与实验

为利用压电材料收集人体能量,设计了一种人体能量收集系统,可以在人行走过程中产生电能,该机构被安装在人腿的膝盖部位,选择性地在腿部摆动结束阶段连续地按压压电陶瓷片参与发电,另外还设计了压电发电装置的能量存储与控制电路,并实验了其发电特性,该装置非常适合给假肢或者其它便携式医学设备充电。     

基于屈曲梁的双稳态减速带能量捕获装置发电特性研究

提出了一种双稳态振动能量捕获装置,分析引起屈曲梁双稳态振动的条件,推导出非线性恢复力、平衡点位置及势阱深度与屈曲梁参数的关系式.建立减速带能量捕获装置动力学方程,利用龙格库塔法使用MATLAB对其进行仿真分析,并与传统的线性系统装置进行比较,得出双稳态系统引起了减速带的大幅度振动,可以提高54.88％的发电量.探究结构...     

全方向振动能收集转电能装置设计

传感器等微小设备使用功率越来小,人类行走,车辆运行,机械运转,海水波涛起伏等等现象都存在振动,使得振动能量转换为电能可以作为微小设备传感器的能量源,是当前振动能利用的研究热点之一,针对无线监测中电池寿命限制整个系统使用寿命问题,研究一种振动能量供电系统,将振动能量转为电能,利用质量球作为全方向收集振动能的动力源,联接机械系统以自行收集微小振动能,在达到定值时自动释放能量,转换成电能,并以高于汲取的功率释放,使得由机械能转换的电能电压可以直接为电子设备使用。对不便更换电池的监测系统中电能的补充,延长监测系统中电池使用寿命具有重要意义。     

馈能式悬架能量回收潜力试验研究

被动悬架通过减振器将车辆振动能量转化为热能散发到空气中以达到车辆减振的目的,而馈能式悬架正是要将这一部分能量回收利用,因此减振器耗散能量的估算对预测馈能式悬架的能量回收潜力具有重要意义。通过建立二自由度悬架模型对悬架动位移、动速度以及可回收能量进行了仿真计算,并通过实车道路试验验证了仿真模型及计算方法的正确性,同时对影响可回收能量大小的各个因素进行了分析,明确了轮胎刚度、路面等级、车速是影响可回收能量的关键因素。通过对可回收能量数值的分析得出,馈能式悬架更适合应用在重载车辆之上,并且可回收能量数量十分可观。     

汽车悬架同步振动抑制与能量收集综述与展望

悬架是汽车中的核心关键部件,具有承载和减振的双重功能。传统的悬架系统采用黏性液体或干摩擦阻尼器将振动能量转化为热量耗散出去实现减振,造成能量浪费,这尤其对新能源汽车不利。近十年来,既能抑制振动又能收集电能的新型悬架系统受到了高度关注和广泛研究。为了全面掌握汽车悬架同步振动抑制与能量收集技术领域的最新进展,回顾汽车悬架的发展历程,总结汽车悬架从路面激励中可收集的振动能量,重点梳理汽车能量回收悬架技术研究现状,探讨当前面临的技术挑战并对未来发展方向进行了展望。该研究有助于国内同行快速准确地掌握本领域的技术现状,有望为国内新型汽车悬架技术的发展提供重要参考。     

压电能量收集概论

介绍了压电能量收集的基础理论,对压电材料、方程、结构等进行说明和比较。     

振动能量收集技术的研究现状与发展趋势

随着无线电通讯与微机电系统技术的快速发展,振动能量收集技术被广泛应用于微机电系统设备的供电.振动能量收集技术可分为电磁式、静电式、压电式、磁致伸缩式和复合式等类型,其中超磁致伸缩材料应用在能量收集方面是最新的研究热点.综述了这5种类型振动能量收集技术的基本原理,简述各自能量收集装置所使用的材料和结构形式.比较了这5种类型的振动能量收集技术各自的优势与不足,系统地介绍国内外的主要研究成果和研究进展,以及所面临的困难和发展趋势.     

配重对拓宽无叶片风力机捕能区间的影响研究

为提高无叶片风力机的捕能效率,基于调谐捕能柱固有频率原理,提出采用配重方式拓宽无叶片风力机捕能区间的方法,推导添加配重后捕能柱固有频率的计算式,建立捕能柱涡激振动分析的仿真模型并进行了验证,探讨配重质量占比、配重块移动距离对捕能柱风速锁定区间与捕能效率的影响。所得结果表明,施加配重块后理论计算固有频率接近且大于捕能柱获得最大摆幅所对应的频率;配重块移动与其固定不动相比,捕能柱的捕能功率和风速锁定区间可显著提高,风速锁定区间长度增大了16.3倍;随着配重质量占比值的增大,捕能柱获得最大摆幅的风速锁定区间也增大,且区间长度与配重质量占比之间满足二次函数关系。这意味着当来流风速发生变化时,可通过调整配重块的位置,实现风能捕获最大化。     

汽车智能防盗防撞报警系统的设计

介绍一种将单片机的实时控制及数据处理功能，与超声波的测距技术、红外线传感器控测技术相结合，实现的汽车防撞、防盗报警系统。     

振动俘能技术在可穿戴领域的应用

能源问题日渐严峻,发展环保、便捷、可持续的能源技术是当务之急。相较于太阳能、热梯度、射频等环境能量,振动能量在人体运动及周围环境中具有广泛存在性,振动俘能技术也因此越来越受到人们的广泛关注。当前,可穿戴设备的发展受续航能力限制,而传统电池存在着较多弊端与风险,收集人体运动的能量来为可穿戴电子设备供电也成为当前研究的热点。简要介绍电磁、静电、压电、摩擦电振动能量收集器的基本工作原理,并详细综述它们在可穿戴/可植入领域的研究进展,以及在人体各部位振动俘能的应用案例,对比阐述不同俘能机理的特点,最后对四种振动能量收集器在可穿戴领域所面临的输出性能、长期稳定性、穿戴舒适性等挑战进行总结并由此展望了其未来的发展趋势。     

基于线性放大与非线性磁力复合增强的三稳态压电振动能量俘获机理与动力学特性研究

提出一种基于线性放大与非线性磁力复合增强的三稳态压电振动俘能器,实现在宽频范围内有效地采集低能轨道振动能量。将质量块和弹簧组成的线性放大机构置于三稳态压电俘能器与基座之间,调节线性放大机构与俘能器之间的质量比和刚度比,使三稳态俘能器获得较大的输入动能从低能轨道运动跳转到高能轨道运动,从而获得更高的输出性能和更宽的工作频带。利用能量法建立了描述该复合压电振动俘能器系统动态响应的非线性机电耦合数学模型;采用动态分岔图仿真研究了系统质量比和刚度比对压电俘能器动态输出性能的影响及其能量俘获机理。实验验证了理论结果的正确性。研究结果表明：合理调节系统质量比和刚度比,复合俘能器可以在低能轨道振动时获得更宽的工作频带和更高的发电能力。与传统刚性基座三稳态压电俘能器相比,实验获得复合压电俘能器的阱间运动频率范围由3～14 Hz扩大到2～21.5 Hz,从低能轨道振动跳转到高能轨道振动所需的激励加速度由13.5m/s²降至5.8m/s²。     

压电能量俘获结构及其升频转换技术的发展现状

压电材料作为一种良好的机电换能元件,具有体积小、成本低、工作性能可靠等优势,但如何设计压电振子高效地俘获环境振动能,仍是本领域的关键技术难题。以定频式、调频式和宽频式三类典型压电振子为代表的结构共振频率匹配设计能部分解决上述难题,但面向环境低频、超低频振动能俘获,上述振子仍面临输出功率低、可靠性差等问题,途径之一是通过机械式升频转换技术将低频激励转换成压电振子的高频振荡,同时突破超低频压电元件功率密度低的限制。几类机械式升频转换技术被区分并简要介绍,重点阐述一种借助非线性系统内共振现象实现的机械升频转换方法。内共振升频技术具有激励加速度阈值低、升频转化能量损失少等优势,进一步拓宽压电振子领域内的机械式升频转换研究。