基于雙分叉簧片和諧振腔結(jié)構(gòu)的電磁式風(fēng)能發(fā)電裝置

【摘要】：隨著環(huán)保和技術(shù)的發(fā)展以及地球的化石能源的消耗殆盡,通過從環(huán)境中回收能量開發(fā)新的清潔能源技術(shù)正日益成為一種發(fā)展必然,而能量回收技術(shù)是一種趨勢?；厥胀獠凯h(huán)境中的能量為便攜式設(shè)備或傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)供電,實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備的自主供能,可以有效地解決目前電池作為電子設(shè)備的能量供應(yīng)源而帶來的一系列問題。風(fēng)能作為一種分布廣泛蘊(yùn)藏量巨大的可清潔再生能源,利用電磁或壓電方式對其進(jìn)行回收為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供能源具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的研究價(jià)值。 本文回顧了風(fēng)能回收的現(xiàn)狀,對風(fēng)的流體特性和原理進(jìn)行了細(xì)致的分析和研究,提出了基于雙分叉簧片和諧振腔結(jié)構(gòu)的電磁式風(fēng)能發(fā)電裝置,對該裝置的研究如下： 首先對雙分叉簧片和諧振腔結(jié)構(gòu)的風(fēng)能回收系統(tǒng)進(jìn)行了深入的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)證明,雙分叉簧片結(jié)構(gòu)不僅能有效增大簧片的振動(dòng)幅度,提高風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率,而且也能有效的增大裝置的風(fēng)速工作范圍。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)和仿真分析后,對這個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步研究提出了新的數(shù)學(xué)模型。我們把簧片在諧振腔內(nèi)的振動(dòng)稱為帶阻尼的三角形脈沖激勵(lì)的受迫振動(dòng)。這個(gè)模型很好地解釋為什么雙分叉簧片可以比無分叉簧片的振動(dòng)強(qiáng)烈得多。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明,所提出的結(jié)構(gòu)和模型是可行和有效的。 接著我們展示了一個(gè)新的電磁式諧振腔的風(fēng)能回收裝置,其利用雙分叉簧片和音叉減振原理來回收風(fēng)能為無線傳感器節(jié)點(diǎn)供電。與過去的電磁結(jié)構(gòu)相比,所提出的電磁結(jié)構(gòu)具有更好的線性度和帶磁回路的更高的磁通量變化率。此外,由于磁鐵的振動(dòng)方向和磁極的方向相垂直,提供了零阻尼的啟動(dòng)模式和非常緊湊的結(jié)構(gòu)。我們還設(shè)計(jì)了一個(gè)音叉狀簧片結(jié)構(gòu)來降低系統(tǒng)損耗。為了實(shí)現(xiàn)最大輸出功率,我們定義一個(gè)虛擬的機(jī)電阻抗來處理當(dāng)電路接通時(shí)由線圈的感應(yīng)磁場和永磁鐵磁場之間的洛倫茲力引起的感應(yīng)電動(dòng)勢的減少。 最后實(shí)驗(yàn)表明,裝置入風(fēng)口的尺寸為60mm×60mm時(shí),最大輸出功率和轉(zhuǎn)換效率分別可以達(dá)到在風(fēng)速20.3m/s時(shí)的56mW和在風(fēng)速4m/s時(shí)的2.3%,風(fēng)速范圍為從3.2m/s至21.2m/s。實(shí)驗(yàn)表明,該電磁風(fēng)能回收裝置具有高的輸出功率和更寬的風(fēng)速范圍。 【關(guān)鍵詞】：雙分叉 諧振腔 電磁感應(yīng) 音叉結(jié)構(gòu) 磁回路 風(fēng)能回收
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM614
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目錄8-11
• 第一章 ：緒論11-21
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 能量源簡介12-15
• 1.3 能量回收的應(yīng)用舉例15-18
• 1.4 本文研究目的和內(nèi)容18-21
• 第二章 ：風(fēng)能回收的原理介紹21-41
• 2.1 風(fēng)能的計(jì)算21-25
• 2.1.1 風(fēng)的特性21-23
• 2.1.2 風(fēng)的功率計(jì)算23-24
• 2.1.3 貝茲理論24-25
• 2.2 風(fēng)能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換25-29
• 2.2.1 靜力作用26-27
• 2.2.2 動(dòng)力作用27-29
• 2.3 機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)換29-32
• 2.3.1 靜電式29-30
• 2.3.2 壓電式30-31
• 2.3.3 電磁式31-32
• 2.4 風(fēng)能回收的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀32-36
• 2.4.1 渦輪式33-34
• 2.4.2 風(fēng)車式34
• 2.4.3 風(fēng)帶式34-35
• 2.4.4 簧片式35-36
• 2.5 諧振腔理論36-40
• 2.5.1 亥姆霍茲諧振腔原理36-37
• 2.5.2 口琴諧振腔的流體分析37-40
• 2.6 本章小結(jié)40-41
• 第三章 ：基于雙分叉簧片和諧振腔結(jié)構(gòu)的電磁式風(fēng)能發(fā)電裝置41-71
• 3.1 該發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)與原理41-45
• 3.1.1 本裝置的結(jié)構(gòu)41-42
• 3.1.2 本裝置的工作原理42-45
• 3.2 雙分叉簧片結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)45-57
• 3.2.1 簧片雙分叉結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)45-47
• 3.2.2 簧片參數(shù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比47-50
• 3.2.3 諧振腔內(nèi)壓力測試分析50-53
• 3.2.4 雙分叉結(jié)構(gòu)的模型分析53-57
• 3.3 簧片音叉減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)57-60
• 3.3.1 音叉結(jié)構(gòu)原理57-58
• 3.3.2 有限元仿真分析58-59
• 3.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析59-60
• 3.4 裝置磁路結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)60-65
• 3.4.1 兩種磁路模型60-61
• 3.4.2 磁路的仿真分析61-62
• 3.4.3 磁路線圈的優(yōu)化分析62-63
• 3.4.4 磁路的安裝固定63-65
• 3.5 實(shí)驗(yàn)過程與討論65-69
• 3.5.1 實(shí)驗(yàn)裝置的建立65-66
• 3.5.2 最大功率輸出66-68
• 3.5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果68-69
• 3.6 本章小結(jié)69-71
• 第四章 ：總結(jié)與展望71-73
• 4.1 全文總結(jié)71-72
• 4.2 研究展望72-73
• 參考文獻(xiàn)73-77
• 致謝77-79
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果79

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