电磁式振动发电机的机电特性分析与实验研究

设计了一种电磁式振动发电机结构,利用质量-弹簧-阻尼模型对振动发电机结构进行了数学建模,分析了电磁式振动发电机进行了机电特性,并仿真计算了正弦振动位移激励下线圈的输出电动势。结果表明,在模型基础上,发电机的输出感应电动势与输入位移激励具有相同的变化规律,说明机械能较好地传递到了电能。对设计并制作的样机进行了实验研究,发电机在振动频率10 Hz,振幅10 mm的正弦位移激励作用下,同一侧单组线圈、双组串联线圈的输出电动势峰峰值和有效值分别为3.437 V、7.684 V和0.710 V、1.988 V,实验表明,实验数值和仿真数值近似而且波形规律相同。     

一种新型Halbach阵列永磁振动发电机的设计与输出特性分析

给出了一种永磁振动发电机感应电动势的计算公式,设计了一种新型Halbach阵列永磁振动发电机,机体两侧分别固定了两组永磁体,内部6个线圈串联。采用有限元法,与普通Halbach阵列和传统永磁振动发电机进行了对比分析,新型Halbach阵列的应用大幅度提升了振动发电机的性能。正弦规律振动的振源频率为10 Hz,振幅为3 mm时,新型振动发电机的最大输出功率为355.85 m W,开路电压有效值为6.402 9V。最后,对线圈相对永磁体的位置进行了优化,最大输出功率达到了414.81 m W,进一步提升了16.57%,此时开路电压有效值为7.036 6 V。     

永磁振动发电机的输出功率分析及实验研究

针对多线圈的振动发电机,分析了其不同模块的不同联接方式对输出功率的影响,以及能够输出的最大功率。通过软件仿真分析了在正弦激励下,线圈串联和混联的输出电动势与最大输出功率,并在频率8 Hz、振幅8 mm的正弦激励下对样机进行了实验。对比实验与仿真结果,其数值近似,波形变化规律相同,根据该研究,可以合理选择振动发电机的联接方式,来提高振动发电机的机电转换效率。     

一种新型永磁直线振动发电机的设计与仿真研究

设计了一种新型永磁直线振动发电机,减小了动子与定子间的磁力。利用有限元仿真软件对所设计永磁直线振动发电机结构进行了优化。仿真结果证明:外壳采用导磁性能较好的硅钢材料、永磁体选用钕铁硼材料时,发电机输出电动势更高;随着永磁体厚度的增加,动子与定子间距的减小,输出电动势有效值逐渐增大;随着永磁体宽度的增加,输出电动势会出现一个极大值。最终确定外壳选用硅钢材料,永磁体选用钕铁硼材料,永磁体尺寸为100 mm×26 mm×5 mm,动子与定子距离为4 mm。在振动频率为1 Hz、振幅为30 mm的正弦位移激励下,发电机的输出电动势有效值为4.190 8 V,可输出最大功率为0.215 2 W。     

永磁振动发电机的机电耦合分析与实验研究

为了预测振动发电机的响应规律,采用弹簧-质量-阻尼构建系统模型,并结合电磁感应定律,分析输入振动位移与系统响应的耦合规律。磁场分布和磁力采用有限元法计算,在机电耦合仿真过程中将磁力采用三次多项式拟合,确定系数可达0.9976。正弦振动激励下的计算结果表明,由于磁力的非线性,动子位移和输出电动势出现了明显的谐波。在振幅和频率分别为5 mm和10 Hz的正弦振动激励下对样机进行测试,输出电动势的峰峰值和有效值分别为3 V和0.7 V。实验结果与仿真结果规律一致。     

磁轭永磁振动发电机的设计与实验研究

为了采集环境中的振动能量,设计了一种适用于低频环境下的永磁振动发电机。发电机采用极靴型磁轭作为闭合导磁路径,提高了磁场的利用率。设计、制作了发电机样机并进行实验研究,得到了发电机输出电压有效值U_e与频率f和振幅Z之间的关系。对发电机正弦激励振动条件下进行测试,发电机的输出电压有效值U_e达到了18. 46 V,能够在工程实际中应用。     

振动发电机的系统建模与频率特性分析

采用两自由度振动模型对振动发电机进行描述,由于非线性磁力的影响,该模型表明电磁式振动发电机是非线性非自治系统。基于该模型,对正弦振动激励下的系统响应进行仿真分析,结果表明,动子与定子的相对位移响应出现了明显的倍频现象,而输出电动势的频率分布更加复杂,不但有对应激励频率的主振动解和亚谐振动解,而且还有对应固有频率的亚谐振动解和超谐振动解,表明系统具有较强的非线性,且随着输入振动能量增大,系统的非线性特征更加明显。在10Hz正弦振动激励下的测试发现,输出电动势的幅频特性在10Hz、20Hz和30Hz处出现峰值,表明输出电动势出现了明显的倍频信号,实验结果与仿真结果的频率特性一致。     

基于分段线性系统的宽频振动能量收集器

研究了一种基于分段线性系统的宽频振动能量收集器,主要由抗磁稳定悬浮结构、弹性膜及感应线圈组成。 在静止状 态下,悬浮磁铁不需要任何外界能量稳定地悬浮在热解石墨板之间。 当振动能量采集器受到水平振动激励时,悬浮磁铁在两热 解石墨板之间摆动;当摆动幅度比较大时,悬浮磁铁将与弹性膜发生碰撞使系统刚度呈阶段性变化;随着悬浮磁铁运动,感应线 圈中的磁通量发生变化产生感应电动势,从而使外界振动能转化为电能。 当水平激励振幅为 5 mm 时,系统的工作带宽达到 3. 2 Hz,最大输出电压达到 78 mV,最大输出功率为 56. 3 μW;当水平振动激励的加速度为 3 m/ s 2 时,系统的工作带宽达到 2 Hz,最大输出电压为 44 mV,最大输出功率为 18 μW。     

宽频激励下双稳态压电振动发电机供电能力分析

为了探讨双稳态压电振动发电机在宽频激励下的供电能力问题,建立了宽频激励下双稳态压电振动发电机系统的动力学模型,仿真了双稳态压电振动发电机系统的输出响应特性和不同运动状态的输出电压特性,研究了双稳态压电振动发电机系统运行在高能量轨道上的激励条件,据此优化双稳态压电振动发电机结构参数,并对传感器网络节点的用电需求和双稳态压电振动发电机的供电能力进行分析。仿真和实验结果表明:双稳态压电振动发电机在宽频激励下,其输出平均功率为3.8 m W,能够满足实际振动环境下无线传感器网络节点的用电需求。     

圆筒形永磁波动发电装置设计与实验研究

提出一种圆筒形永磁波动发电装置,该发电装置线圈匝数为400匝,振动幅度为-50~50 mm,振动周期为2 s时,输出最大开路电压为25.162 V,最大输出功率为15.4664 W,该装置采用径向充磁的扇形磁瓦构成的环形永磁体作为定子,永磁体内、外两侧分别设置两组线圈绕组。阐述圆筒形永磁波动发电装置工作原理,对永磁体建立数学模型。采用有限元法分析了发电装置的三维磁场分布和内外侧线圈输出电压波形;通过仿真计算确定线圈位置、间距、匝数等参数;装置的实验测试结果与仿真计算结果一致。     

基于永磁振动发电的微功耗电能处理电路

永磁振动发电机的输出功率较小,且输出特性受振动环境影响明显,因此开发了一种低功耗电能处理电路,提高供电效率。在人体甩臂运动时,对永磁振动发电机输出的电动势进行测量,计算功率谱密度,确定振动发电机的能量输出集中的频段。以此为基础,计算永磁振动发电机的输出阻抗并设计整体电路,包括与发电机阻抗匹配的整流滤波电路、储能电路、升压供电电路。仿真和实验研究,证明电路的工作损耗低于30μW。     

一种新型振动发电装置及其建模与实验研究

提出了一种新型的振动发电装置,该装置采用两端固定环形永磁体构成磁弹簧,运动永磁体的内侧和外侧分别缠绕线圈。建立了轴向磁化环形永磁体的输入输出数学模型,利用该模型,得出了电磁力随运动永磁体偏移的特性曲线。采用有限元法分析了发电装置的三维磁场分布和内外侧线圈的输出电压波形;数值仿真得到的电磁力特性曲线与数学模型计算结果一致;利用特性曲线计算出了磁弹簧的固有频率。发电装置输出电压波形的实验测试结果和仿真结果一致;磁弹簧固有频率的测试结果与计算值相吻合。该振动发电装置在振动频率为20Hz,振幅为5mm时,最大输出功率为28.3mW,开路电压的有效值为5.1V。     

压电叠堆联接方式及低频发电特点的研究

压电发电是一种新型的振动能量收集技术。论文推导并给出了压电叠堆在33模式低频振动时输出电压和功率的数学表达式,并分析指出了输出电压和功率与压电系数、压电片个数、压电片厚度、激振力、激振频率正相关,与电极面积和介电常数负相关;电学串联的压电叠堆可以输出较高的开路电压;电学并联的压电叠堆可以输出较高的输出电流和功率。文中设计了压电叠堆夹持装置和振动发电实验装置,在振动频率5Hz、激振力26N的情况下得到两片电学串联叠堆和并联叠堆的最大功率分别为0.14μW和0.4μW;实测输出电压随振动频率、电阻、压电片个数、振子厚度和电极面积的变化趋势与理论预测相符。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统中线圈谐振特性研究

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统中激励线圈与发射线圈是否谐振、接收线圈与负载线圈是否谐振,建立了4种结构模型;采用电路理论,详细分析了4种结构模型下的等效阻抗,并通过Pspice仿真重点分析了在相同参数下4种模型的输出功率。仿真结果表明,激励线圈与发射线圈谐振且接收线圈与负载线圈不谐振时的结构输出功率最大,且在大负载情况下,仍具有高效率。在电源频率为13.56 MHz,发射线圈与接收线圈的距离为26.8cm,耦合系数为0.2,负载为32Ω的情况下采用此模型,输出功率达到136.25 W。     

固纬电子推出可编程交换式直流电源供应器PSW系列

近期,固纬电子推出可编程交换式直流电源供应器PSW系列共6个机种:单通道输出电压30V与80V,3种输出功率360W、720W、1080W。同时,为了满足使用者对更高输出功率的需求,可支持2组外部串联及3组外部并联使用,达最大电压及最大电流为160V/324A。     

用于微型风力发电的变极型发电机

介绍了变极型风力发电机.微型风电系统中,发电机的功率来自天然多变的风能,要求发电机具有广泛的功率输出特性.但是,常规发电机,其空载电压仅与转速成正比,由于输出功率跨越从低到高的转速范围宽,难于满足发电特性的要求.为开发具有宽功率带的发电机,以适应于微型风力发电,阐述了一项有关发电机线圈连接的切换(变极)技术.为了证明变极的效果,以16个线圈的变极发电机作为例子.线圈可接成4种模式:16极串联、8极2并联、4极4并联和2极8并联.从理论和实验研究论证了该技术的可行性和有效性.     

输入串联输出等效并联多逆变器驱动的高压大功率无线电能传输系统研究

提升逆变器输入侧直流电压源的电压等级,是实现更大功率无线电能传输的可行方案之一。但单个开关器件的额定电压有限,满足不了更高输入电压的需求。为此,文章设计了一种输入串联输出等效并联多逆变器驱动的高压大功率无线电能传输系统。该系统采用多个逆变器串联以承担较高的输入直流电压,同时每个逆变器驱动一个独立的发送线圈向同一个接收线圈发送功率。文章在考虑多个发送线圈之间互感的情况下对该系统的谐振电路参数进行了设计,分析在零相差(Zero Phase Angle,ZPA)及非零相差两个条件下系统的电流和功率输出能力,发现了运行角频率及互感的乘积对系统输出能力具有重要影响。开发出由三个逆变器串联驱动的无线电能传输样机,在750 V直流输入条件下获得最大38. 4 kW的无线电能传输功率,效率达88. 7%。     

具有稳流输出的无线电能传输电路

针对LC串联谐振和并联谐振在工作频率发生漂移时,电路整体功率传输能力及效率都会明显下降的问题,提出一种一次侧带有LCC(电感-电容-电容)复合谐振网络的无线电能传输电路。依据互感模型,在基波条件下,分别建立了耦合线圈一次侧与二次侧的等效电路,得到了谐振频率和输出电流表达式,并进一步导出了复合谐振网络中电感与电容的计算公式。实验结果表明,谐振频率与负载电阻无关,在谐振频率下,当耦合线圈的距离保持不变(即互感恒定)时,输出电流的有效值恒定,具有电流源特性。通过实验与仿真结果的比较,验证了对该电路分析与设计结果的正确性和有效性。因此该电路适合于需要电流源供电的负载,经改进后还可用于电场耦合式无线电能传输。     

电力电缆非接触式高效感应取电互感器设计

对电力电缆取电互感器选用的磁性材料、线圈寄生参数、输出阻抗匹配和最大感应取电功率等进行了系统的分析、研究和实验,解决了感应取电效率最大化的线圈材料、线圈绕制结构、输出负载阻抗匹配等问题.设计生产的标准取电互感器单元输出功率为1.5 W/3 W,最大输出电流为250 mA,输出电压6V和12V可供选择.通过工程批量使用,满足了电力隧道监控和通信设备的供电需求.     

煤矿井下涡轮发电机设计与试验分析

设计了一种用于煤矿井下供电的外转子涡轮发电机。在发电机外径尺寸约束下,通过电磁计算得到了发电机参数和尺寸大小,对发电机进行电磁场仿真,得到发电机在额定转速为2 000 r/min时的磁通分布和输出电压。制作样机进行实验,实验数据与仿真结果基本相同,证明了所设计外转子发电机模型的合理性。带载20Ω时涡轮发电机在额定转速下输出电压为9. 5 V、输出功率为13. 5 W,发电机输出波形稳定,趋于正弦波,可满足了供电要求。