三稳态驰振能量捕获器发电性能研究

将三稳态振动模式引入到流体驰振能量捕获器中,提出了一种用于流致振动环境下的三稳态压电悬臂梁驰振能量捕获器,建立了其力学模型及动力学方程。利用数值仿真比较了双稳态和三稳态驰振系统的动力学特性和发电性能,证明了在较低流速下三稳态系统更容易发生大幅运动,发电性能更好。进一步研究了三稳态系统参数对驰振能量捕获器发电性能的影响。     

白噪声激励下含线性振子的双稳态能量捕获器动力学特性研究

目前,将环境振动直接转换为电能已成为能量捕获器研究的热点。对附加线性振子的双稳态电磁式能量捕获系统建立了动力学方程,从数值仿真的角度研究了白噪声激励下含线性振子的双稳态能量捕获器的动力学行为,分析了噪声强度、系统质量比和频率比对发电性能的影响。计算结果表明,随着噪声强度、质量比和频率比的增大,双稳态发电振子的运动幅值在不断增大,并且会产生大幅混沌运动,同时系统的输出电压也在不断增大,为双稳态电磁式能量捕获系统的相关研究提供了理论基础。     

白噪声激励下势阱深度对双稳态系统发电性能的影响研究

以含附加线性振子的双稳态电磁式振动能量捕获器为研究对象,建立了高斯白噪声激励下考虑势阱深度的双稳态系统无量纲控制方程,将双稳态系统的势阱深度转化为刚度系数比值。借助数值仿真,分析了在不同的噪声强度下刚度系数比值对双稳态系统的发电性能影响,获得了不同噪声强度下的最优刚度系数比值。以不同噪声强度下使双稳态系统产生最大输出功率的势阱深度为目标,连续变化质量比和调频比参数,获得了此时仍可产生大功率输出的最佳参数配置范围。研究结果可为双稳态电磁式振动能量捕获系统的工程实现提供理论基础。     

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。     

电磁式公路减速带发电装置理论研究

解决机动车辆路过路面减速装置大量能量被不必要的消耗,提出一种新型减速带发电的装置。利用车辆碾压减速带产生振动的能量,通过导向柱及磁棒的上下运动切割磁力线,来产生感应电流。并对电能的后续处理提出理论设想,即整流、控制、储存在蓄电池中,经逆变器供负载使用。在提出减速带结构后,重点对电能产生的过程及机理进行建模、分析、计算,从而得出单个减速带模块的发电效率,进而可以估算出该减速带模组的发电量。最后得出结论,虽然单个模块发电量不高,但24h不间断工作的优点,可产生较好的经济效益。     

静液式减速带振动能量回收装置液压系统的仿真与分析

提出1种新型的路面减速带振动能量回收装置。运用键合图理论针对路面驼峰式减速带振动能量回收装置的液压系统进行分析,获得其液压系统的键合图模型,得出了液压系统的工作效率以及影响液压系统工作效率的主要因素;运用Simulink/Sim Hydraulics软件建立了液压系统的Sim Hydraulics仿真模型并进行了仿真试验,绘出了主要元件蓄能器的进气速率与内部压力曲线图,为减速带振动能量回收装置液压系统中主要元件的参数优化提供了参考。最后用样机试验验证了仿真结果。     

磁铁间距对双稳态压电悬臂梁俘能器输出特性的影响研究

建立了双稳态压电悬臂梁俘能器的机电耦合动力学方程,基于磁偶极子模型进行了 2 个磁铁间磁力的计算,根据静态平衡点分析得到了系统发生双稳态运动时的磁铁间距范围。数值仿真分析了环境激励源振动频率发生变化时磁铁间距变化对系统平均输出功率的影响规律,设计制作了磁铁间距可调的双稳态压电悬臂梁俘能装置,并进行了环境激励频率变化条件下的压电悬臂梁振动能量捕获实验。实验结果与仿真分析具有较好的一致性,为提高双稳态压电悬臂梁俘能器的发电性能提供了一种有效途径。     

改进的双稳态涡激振动能量收集器的发电性能研究

随着低功耗传感器的出现,利用流致振动为传感器提供自供电是研究环境监测中的热点。本文将改进的非线性恢复力与涡激振动相结合,提出改进的双稳态涡激振动能量收集器,建立力学模型及控制方程,借助数值仿真得出改进的双稳态涡激振动能量收集器在能量收集方面优于双稳态涡激振动能量收集器,研究并分析了磁距对能量收集系统势能函数及发电功率的影响,借助半功率带宽法,确定了系统在不同磁距下的工作带宽,分析了磁距对发电功率及工作带宽的影响。     

三稳态压电能量采集器的动态特性与实验

为了探究三稳态压电振动能量采集器的动力学特性,以磁-机-压电耦合型三稳态压电振动能量采集器(tristable piezoelectric vibration energy harvester,简称TPVEH)为研究对象,利用磁荷法、力平衡和基尔霍夫定律分别建立了采集器末端磁铁与外部磁铁之间的非线性磁力模型和系统集总参数动力学模型。仿真分析了磁铁间距、激励加速度幅值和频率等参数对采集器动力学特性和采集电压的影响。研制了三稳态压电振动能量采集器原理样机,搭建了实验测试平台,实验验证了仿真结果的正确性。研究结果表明,随着激励加速度幅值增大,能量采集器依次经历单稳态、双稳态和三稳态3种运动状态,且三稳态运动时的工作频带和输出性能(位移、速度和采集电压)比双稳态和单稳态时要高。     

非线性双稳态压电俘能系统阱间阱内运动谐波分析

首先对压电俘能系统进行了平衡点分岔分析,证明其具有非线性双稳态特性,并且得到系统的运动方程。再采用谐波平衡法对双稳态压电俘能系统进行分析,推导出了激励幅值、激励频率、响应幅值及输出功率之间的解析关系式,预测了结构的阱内、阱间动力学响应。分析了阻尼、阻抗、激励幅值、激励频率等参数对响应幅值及输出功率的影响。结果表明,阻尼、阻抗对能量获取频带宽度、响应幅值有较大影响。系统阱间、阱内运动均有高、低能量态共存现象,不同激励幅值和激励频率下存在最优阻抗使得输出功率最大。