振动发电机的系统建模与频率特性分析.PDFVIP

第X 卷X 期 电 工 电 能 新 技 术 Vol.X ，No.X X 年 X 月 Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy X.X 振动发电机的系统建模与频率特性分析 1 1 2 1 1 王志华 ，张少鹏 ，姚 涛 ，吕殿利 ，张惠娟 （1. 电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室，河北工业大学电气工程学院，天津 300130； 2. 河北工业大学机械工程学院，天津 300130 ） 摘要：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。 关键词：两自由度模型；系统响应；非线性；频率特性；振动发电 中图分类号: TM313 文献标识码: A 文章编号: 1003-3076(2016)00-0000-00 DOI: 10.12067/ATEEE1609018 [5,6] 1 引言 发电 。采用弹簧-质量-阻尼构建振动发电机系 统模型，在机电耦合仿真过程中将非线性磁力进 无线传感器网络、便携式电子设备等发展迅 行多项式拟合，研究表明该数学模型可以描述电 速，而电源有限的容量严重制约了它们的使用寿 [7] 磁式振动发电机的机电转换规律 。 命。振动能源是环保的可再生能源，在这些电子 为了提高发电效率，感应线圈结构的设计也 设备的工作环境中广泛存在,利用永磁振动发电 得到学者的重视。通过在悬臂结构注入多层螺旋 技术为其供电得到国内外研究人员的广泛研究。 线圈可降低振动发电机的固有频率，提高输出功 拾振效率直接决定了振动发电机的机电转换 [8] 率 。 效率，学者对多种拾振机构形式进行了研究。由 实现电能的高效管理和输出也很重要，这需 于永磁弹簧具有非接触性、适于低至几赫兹的低 要在电路元器件的高度集成和低电压电源的电能 频振动等优点，在用于人体振动等条件下的振动 [9- 11] 高效处理等方面进行研究 。从当前储能技术 [1,2] 发电机上得到了应用 。为了提高拾振机构在微