不同激励下宽频磁浮俘能器俘能试验

• 作者: 孙玉华 李云伍 李守太 谢守勇 高鸣源
• 来源期刊: 农业工程学报
• 学科: 工学
• 关键词: 能量储存 农业机械 试验 随机路谱 俘能器 磁浮 宽频 正弦扫频
• 年，卷（期）: 2020,（18）
• 所属期刊栏目: 农业装备工程与机械化
• 页码范围: 81-89
• 页数: 9页
• 分类号: TK01+9
• 语种: 中文
• DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.18.011

摘要

振动能量俘获是获取可再生清洁能源的一种有效途径,具有广阔的应用前景,有利于社会的可持续性发展.目前,随机功率谱激励下的高功率密度和宽频能量回收仍然是研究的难点.该研究设计了一种可有效利用宽频振动能量的高功率密度磁浮式俘能器,采用COMSOL Multiphysics软件计算悬浮磁体非线性回复力与位移的关系式,根据磁浮振动系统的控制方程和基尔霍夫定律建立俘能器的数学模型,详细研究了模型参数变化对俘能器性能的影响.随后进行正弦扫频和驻频试验以验证俘能器的发电能力.同时,从俘能器的效率、效能和体积优值3个指标对俘能性能进行评价;并结合实际应用,设计俘能器稳压电路.根据丘陵山区农业机械工作的随机路谱特性,建立随机激励的数学模型,根据响应幅值的概率密度函数的FPK方程表达式,得到了平稳概率密度函数的解.结果表明:在激励频率从9.77到31.75 Hz变化时,俘能器最大输出电压在5.92和21.52 V之间;最大输出功率在10 Hz时达81.93 mW,从5到50Hz,输出功率范围为5.76到81.93 mW;俘能器的效率、效能和体积优值分别为2.85％、9.85％和39.74％;俘能器电压输出的功率谱密度有5个峰值点,对应频率分别为9.80、29.41、36.76、36.76、51.47和71.08 Hz,进一步验证了该研究提出的磁浮式俘能器具有宽频发电性能,并可满足丘陵山区农机设备监测传感器的供电需求.