تحلیل عددی میکروبازیاب انرژی الکترومغناطیسی تحت تحریک اتفاقی

نوع مقاله : -

نویسندگان

1 دانشگاه شهید بهشتی، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی

2 صنعتی امیرکبیر*مهندسی مکانیک

چکیده

سامانه های میکروبازیاب انرژی، فناوری جدیدی هستند که جایگزین باتری ها و وسایل ذخیره‌ انرژی که دارای محدودیت می ‌باشند، می‌ شوند. عدم نیاز به جایگزینی یا شارژ دوباره‌ آن ها به صورت دوره ای، حجم و وزن خیلی کم و نیز دقت بالا از خصوصیات سامانه های میکروبازیاب انرژی می‌ باشد. در این مقاله، سامانه میکروبازیاب انرژی الکترومغناطیس تحت تحریک اتفاقی از نوع نویز سفید بررسی می ‌شود. مدل مکانیکی در نظر گرفته شده برای میکروبازیاب انرژی به صورت تیر یک سر گیردار است. در این سامانه، شتاب پایه به عنوان ورودی میکروبازیاب انرژی بوده و ولتاژ القا شده در سیم پیچ به عنوان خروجی سامانه می ‌باشد. تحریک پایه یک فرآیند اتفاقی نویز سفید گوسی و ایستای ضعیف فرض می ‌شود. با توجه به معادله حرکت مکانیکی سیستم می توان تابع پاسخ فرکانسی را بدست آورد. هدف این پژوهش، محاسبه‌ متوسط توان تولید شده در میکروبازیاب انرژی الکترومغناطیس تحت تحریک اتفاقی می ‌باشد. تحلیل تنش با استفاده از شبیه سازی در نرم افزار المان محدود و حل عددی انجام شده و صحت نتایج تأیید می‌ شود. در نهایت تأثیر پارامترهای میکروبازیاب انرژی الکترومغناطیس بر روی متوسط توان تولید شده بررسی می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Sari, I., Balkan, T., and Kulah, H., An electromagnetic micro power generator for wideband environmental vibrations, Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 145, pp. 405-413, DOI: https://doi.org/10.1016/j.sna.2007.11.021, (2008).
 
[2] Sari, I., Balkan, T., and Kulah, H., An electromagnetic micro energy harvester based on an array of parylene cantilevers, Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol. 19, No. 10, pp. 105023, DOI: https://doi.org/10.1088/0960-1317/19/10/105023, (2009).
 
[3] Holm, P., Imbaquingo, C., Mann, B. P., and Bjørk, R., High power electromagnetic vibration harvesting using a magnetic dumbbell structure, Journal of Sound and Vibration, Vol. 546, pp. 117446, DOI: https://doi.org/10.1016/j.jsv.2022.117446, (2023).
 
[4] Bahar, M. R. B., Bahrami, M., and Sharifian, M. B. B., Novel structure for electromagnetic micro-power harvester, Engineering Science & Technology, pp. 1-13, DOI: https://doi.org/10.37256/
est.4120231636, (2023).
 
[5] Cao, H., Kong, L., Tang, M., Zhang, Z., Wu, X., Lu, L., and Li, D., An electromagnetic energy harvester for applications in a high-speed rail pavement system, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 243, pp. 108018, DOI: https://doi.org/10.1016/j. ijme
csci.2022.108018, (2023).
 
[6] Bai, S., Cui, J., Zheng, Y., Li, G., Liu, T., Liu, Y., Hao, C., and Xue, C., Electromagnetic-triboelectric energy harvester based on vibration-to-rotation conversion for human motion energy exploitation, Applied Energy, Vol. 329, pp. 120292, DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2022.120292, (2023).
 
[7] Wang, W., Li, B., Liu, S., and Wei, Z. H., Bifurcation analysis and nonlinear dynamics of a rolling magnet multistable electromagnetic energy harvester, Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, Vol. 118, pp. 107027, DOI: https://doi.org/10.1016/j.cnsns.2022.107027, (2023).
 
[8] Ordonez, V., Arcos, R., and Romeu, J., A high-performance electromagnetic vibration energy harvester based on ring magnets with Halbach configuration, Energy Conversion, and Management: X, Vol. 16, pp. 100280, DOI: https://doi.org/10.1016/
j.ecmx.2022.100280, (2022).
 
[9] Hasani, M., and Rahaghi, M. I., The optimization of an electromagnetic vibration energy harvester based on developed electromagnetic damping models, Energy Conversion and Management, Vol. 254, pp. 115271, DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.20
22.115271, (2022).
 
[10] Wang, Y., Wang, P., Li, S., Gao, M., Ouyang, H., He, Q., and Wang, P., An electromagnetic vibration energy harvester using a magnet-array-based vibration-to-rotation conversion mechanism, Energy Convearsion and Management, Vol. 253, pp. 115146, DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.1151
46, (2022).
 
[11] Aloysius, A., Khan, M. A., Lim, W. H., Ramaswamy, M., Qayyum, A., Ang, C. K., and Aramugam, K., Investigation of kinetic energy harvesting from human body motion activities using free/impact electromagnetic generator, In Sentimental Analysis and Deep Learning: Proceedings of ICSADL 2021, Springer Singapore, pp. 209-221, DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-16-5157-1_18, (2022).
 
[12] Foong, F. M., Thein, C. K., and Yurchenko, D., A novel high-power density, low-frequency electromagnetic vibration energy harvester based on anti-phase motion, Energy Conversion and Management, Vol. 238, pp. 114175, DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.114175, (2021).
 
[13] Zhang, L. B., Dai, H. L., Yang, Y. W., and Wang, L., Design of high-efficiency electromagnetic energy harvester based on a rolling magnet, Energy conversion and management, Vol. 185, pp. 202-210, DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.01.
089, (2019).
 
[14] Kumar, A., Balpande, S. S., and Anjankar, S. C., Electromagnetic energy harvester for low frequency vibrations using MEMS. Procedia Computer Science, Vol. 79, pp. 785-792, DOI: https://doi.org/10.1016/j.procs.2016.03.104, (2016).
 
 [15] Mizuno, M., and Chetwynd, D. G., Investigation of a resonance microgenerator, Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol. 13, No. 2, pp. 209, DOI: https://doi.org/10.1088/0960-1317/13/2/307, (2003).
 
[16] Hosaka, H., Itao, K., and Kuroda, S., Evaluation of energy dissipation mechanisms in vibrational microactuators, In Proceedings IEEE Micro Electro Mechanical Systems an Investigation of Micro Structures, Sensors, Actuators, Machines and Robotic Systems, IEEE, pp. 193-198, DOI: doi.org/10.1109/MEMSYS.1994.555622, (1994).
 
[17] Newland, D. E., An introduction to random vibrations and spectral analysis, Longman Publishing Group, (1984).