基于磁悬浮结构的人体动能采集技术
磁悬浮式的能量俘获装置设计
（4）
则电量大小与振子与外壳的相对振幅，磁场强
度，以及振子内部电感有关。
2 磁悬浮式能量采集装置的仿真及分析
图 3 为内部振子，凹槽处可装填四组哈尔巴赫 倾数组磁铁组，以此将磁通最大化，图 4 为线圈架， 可环绕两组多匝线圈，并固定在外壳上，在振子相 对外壳做非线性振动时，磁铁架内环绕的线圈作切 割磁感线运动。各参数如表 1 所示：
裹着线圈的外壳速度以及线圈电阻有关。假设线圈
垂直切割磁感线情况下，将电阻 Rt 定义为负载电阻 R 与内部线圈电阻 R 之和，即 Rt=Re+R，可得整个模 型振子相对外部位移的另一表达式：
x02Biblioteka 越(棕2原k1 m
A2
原
3k3 4m
·x02
原
2·Le·B2l2·棕2 (Le·棕2垣Rt2 )·m
垣
mc ·棕)2
第 46 卷第 7 期 Vol.46 No.7
时代农机
TIMES AGRICULTURAL MACHINERY
2019 年 7 月 July. 2019
磁悬浮式的能量俘获装置设计
褚自豪1，潘 迪2，张晏嘉3，韩承津1，闻全意 1
（1.齐齐哈尔大学 机电工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006； 2.齐齐哈尔大学 理学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006；3.齐齐哈尔技师学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006）
图 1 磁悬浮式能量采集装置原理图
其中，两对磁极内部互斥，使得振子悬浮在空 间中，在该装置受到振动时，振子在上下磁极作用 下做上下多次非线性运动，充分利用振动能量，使 得能量俘获效益最大化。振子内部排列四组哈尔巴 赫倾数组磁铁。Halbach 阵列被美国劳伦斯伯克利 国家实验室的 Halbach 教授提出以来[6-8]，已成功应 用于粒子加速器、自由电子激光装置、同步辐射装 置等高能物理领域中[9]。哈尔巴赫倾数组磁铁有功 率密度大；定转子不需要斜槽去避免谐波；转子可 以采用非铁芯材料；永磁体利用率高等优点。在装 置受到振动后，振子在外壳内部做非线性振动，振 子中磁铁产生的磁场便与外部线圈产生切割效果， 以此转化动能为电能。图 2 所示为哈尔巴赫倾数组 磁铁的摆放图。
基于压电振动的人体能量采集技术研究综述
基于压电振动的人体能量采集技术研究综述魏胜;胡泓【摘要】阐述了人体各项运动的特性及其所能产生的动能,并从能量收集装置的结构设计、动能的来源、实现方法和性能等方面系统地综述了当前国内外利用压电振动采集人体运动能的主要研究成果,并对后续研究和发展方向提出了展望和预测.【期刊名称】《机械与电子》【年(卷),期】2018(036)010【总页数】6页(P67-72)【关键词】压电;振动;能量收集;人体运动【作者】魏胜;胡泓【作者单位】深圳职业技术学院机电工程学院,广东深圳518055;哈尔滨工业大学(深圳)机电工程与自动化学院,广东深圳518055【正文语种】中文【中图分类】TK60 引言无源供电方式可有效促进低功耗微电子设备和无线网络节点的发展。
传统的电池供电具有寿命有限，维护和更换成本高等缺点，而利用能量收集装置将环境中的动能转换为电能的技术和方法成为研究热点，成为解决可替代能源问题的关键技术之一。
另外，人们对身体健康的要求也促使用于健康监测的可穿戴智能设备或传感器迅速发展起来，而将人体运动能转换为电能并给可穿戴智能设备供电也引起了研究者的极大兴趣。
压电材料在外力的作用下会产生正压电效应，从而产生电能，而利用压电振动产生电能的装置称为压电能量收集器(PEH),其具有功率密度大、结构简单等特点。
在此，首先从运动科学领域阐述了有关人体运动特性的研究，包括频率、加速度和动能等，然后从实验原型结构设计、动能的来源、实现方法和性能等方面系统地综述了当前国内外利用压电振动采集人体运动能的主要研究成果，并对后续研究和发展方向提出了展望和预测。
1 人体运动特性最早有研究者在其文献中对人体日常各项运动如上肢运动、自然呼吸、步行等所能产生的机械能进行了比较研究[1]。
其中步行运动所产生的动能可达60 W。
同时，也从转换效率的角度对生物机械能转换为电能的可靠性进行了评估和分析。
Yun等人研究了各类便携式微电子设备工作状态所需的平均功率[2]，如定位芯片的平均能耗约为15 mW，而MP3芯片的能耗仅为58 mW。
磁悬浮测试系统的数据采集与处理
磁悬浮测试系统的数据采集与处理
张靓;高枫;申巧俐
【期刊名称】《实验技术与管理》
【年(卷),期】2010(027)009
【摘要】介绍了高温超导磁悬浮测试系统的软件总体设计方案,重点讨论了测试系统中数据采集和处理的关键技术及其实现,对悬浮力进行了实验测试.结果表明,该系统设计合理,可靠性好,精度高,完全满足技术要求.
【总页数】4页(P64-66,71)
【作者】张靓;高枫;申巧俐
【作者单位】成都航空职业技术学院,计算机工程系,四川,成都,610021;成都航空职业技术学院,计算机工程系,四川,成都,610021;成都航空职业技术学院,计算机工程系,四川,成都,610021
【正文语种】中文
【中图分类】TP274;O514.2
【相关文献】
1.高温超导磁悬浮测试系统总体设计--数据采集与控制 [J], 张翠芳;黄海于;邓昌延
2.交流变频调速加载测试系统中的数据采集和处理 [J], 侯勇涛;项止武;谢康林
3.合金熔体热物性参数集成测试系统的数据采集与处理 [J], 赖庆云;马旭梁;王利华;李大勇
4.磁悬浮轴承同步数据采集与实时处理系统 [J], 曾学明;徐龙祥;刘正埙
5.自动测试系统的组成及数据采集和处理方法 [J], 高艳君;田小建
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于磁悬浮结构的人体动能采集技术
关节加速度及角速度进行测量，对磁悬浮结构的非线性能量采集工作原理进行理论分析. 运用有限元工具对振
动时结构周边的磁场分布和磁力线变化进行仿真研究，并通过振动实验平台验证装置的共振频率和电压输出范
围 . 当 使 用 者 佩 戴 该 装 置 进 行 测 试 时 ， 装 置 输 出 的 电 压 及 功 率 随 运 动 速 度 的 增 加 而 增 加 ， 在 8 km/h 的 运 动
费飞1，刘申宇1，吴常铖1，杨德华1，周升丽2
(1. 南京航空航天大学 自动化学院，江苏 南京 211106；2. 西北工业大学 航天学院，陕西 西安 710072)
摘 要：设计基于磁悬浮结构的电磁能量采集装置，该装置可佩戴于使用者的腕部、肘部和脚踝处，收集人体运动
过程中产生的动能. 概述现有的可用于振动能量采集的多种能量采集技术，利用惯性传感器对实验者运动时的
中图分类号： TP 212
文献标志码： A
文章编号： 1008−973X（2019）11−2215−08
Human kinetic energy harvesting technology based on magnetic levitation structure
FEI Fei1, LIU Shen-yu1, WU Chang-cheng1, YANG De-hua1, ZHOU Sheng-li2
可穿戴式能量采集系统设计-电磁感应式收集
可穿戴式能量采集系统设计-电磁感应式收集作者：张伟伟张莎来源：《科技视界》2019年第01期【摘要】本文利用电磁感应原理设计了一种可穿戴式人体机械能采集系统。
该系统使用一个简易的手摇式设备使得线圈切割磁感线产生电能，最终将绿色的人体机械能转化成电能，完成对锂电池的充电功能，可以为可移动电子设备提供电源。
【关键词】绿色;人体机械能;电磁感应;可移动电子设备中图分类号： TM912 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）01-0110-002DOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2019.01.0460 引言随着可移动电子设备的出现以及数量的剧增进一步加大了能源和环境问题，同时很多器件的供电问题成为了它们发展的一个很大阻碍。
目前这些靠电池、电力线解决供电问题，但前者供电时间短，后者花费大且再某些环境中无法利用。
所以科学界在寻找一种可代替电池、能自我维护的新型电源。
本文设计的可穿戴式电磁感应能量采集系统可以把人体运动产生的机械能转变成电能，为可移动电子设备提供大量电源，给人们生活带来便捷。
1 可穿戴电磁感应式能量采集系统的工作原理本文利用电磁感应定律对能量采集设备进行结构类型设计，利用一些发电和转换装置将人体的机械能转换成电能，并给随身携的电子产品进行充电。
法拉第电磁感应定律：若穿过闭合回路（一般是线圈）的磁通量发生变化，则回路中会产生感应电动势，感应电动势对应于等式（1）所示。
感应电动势的大小与磁通的变化速度成正比，并且感应电流的方向与磁通量变化的方向相反。
2 系统硬件电路设计2.1 总体电路本文设计的可穿戴式电磁感应能量采集系统的电路有四大模块：发电电路、整流电路、降压电路、充电电路，见图1。
利用手摇发电机作为发电电路，将整流电路部分设计为桥式整流电路，将发电电路部分产生的电流，通过整流电路整流后，经过两根导线，完成对电池的充电。
本文设计的穿戴式设备能量采集系统-电磁感应式收集的整体电路图如图2所示。
抗磁悬浮振动能量采集器动力学响应的仿真分析
抗磁悬浮振动能量采集器动力学响应的仿真分析秦立振;张振宇;张坤;丁建桥;段智勇;苏宇锋【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2018(67)1【摘要】Based on diamagnetic levitation, the micro-vibration energy harvester is proposed, which has advantages such as low friction, low mechanical damping, low-frequency response and free of maintenance. The floating magnet is one of the most important parts in the vibration energy harvester. The dynamic properties of the floating magnet directly determine the output characteristics of the energy harvester. In order to study the vibration properties of the floating magnet, the force characteristics of the floating magnet are investigated in the vibration energy harvester. The magnetic and diamagnetic forces exerted on the floating magnet are simulated using finite element analysis software COMSOL Multiphysics. Then the dynamic characteristics of the floating magnet are further analyzed by MATLAB. In the case of the present study, when the gap between the two pyrolytic graphite plates is smaller than 7.7 mm, the floating magnet works in a monostable state. At the same time the floating magnet runs in a bistable state when the gap between the two pyrolytic graphite plates is larger than 7.7 mm. The two working states are in accordance with the experimental results. The results prove that the theoretical analysis and experimental results are in good agreement.Furthermore, the dynamic response of the energy harvester is studied in the two working states. When the coils are open-circuited and the energy harvester is in a monostable state, it is found that the dynamic response can be equivalent to that of a linear system with a nonlinear disturbance. So, the amplitude-frequency curve is right-skewed. We also analyze the influence of the gap between the two pyrolytic graphite plates on the amplitude-frequency curve. It is found that with the increase of the gap between the two pyrolytic graphite plates, the nonlinear disturbance becomes stronger, leading to a stronger right-skewed phenomenon in the amplitude-frequency curve. When the coils are open-circuited and the energy harvester is in a bistabtle state, the dynamic response is very complex, which includes double period, 4-time period and chaos. It is because the change of the amplitude of external excitation affects relative strength between the linear and nonlinear parts in the energy harvester system, resulting in the change of vibration characteristic of the floating magnet. When the coils are linked to load and the energy harvester is in a bistabtle state, the frequency of the energy harvester is consistent with that of the external excitation. This study can serve as a reference for designing the structure of the vibration energy harvester with using dia-magnetic levitation. And it provides a theoretical guidance for improving the performance of the energy harvester and expanding the working bandwidth of the harvester. The energy harvester has vast application potential in wireless sensor networks and portable electronic devices.%分析了微型抗磁悬浮振动能量采集器中悬浮磁体的受力特性,发现了能量采集器的单稳态和双稳态现象,研究了能量采集器在不同工作状态下该两种稳态类型时的动力学响应特性.当能量采集器处于非工作的单稳态状态时,其动力学响应是在线性系统的基础上加入非线性扰动、幅频响应曲线向右偏转;热解石墨板间距越大,非线性扰动越强烈,右偏现象则越显著.当能量采集器处于非工作的双稳态状态时,其动力学响应比较复杂,出现倍周期、4倍周期以及混沌等非线性系统特有的现象.当能量采集器处于工作状态的双稳态状态时,其振动频率和外界激励频率保持一致,进行周期振动.该研究对抗磁悬浮振动能量采集器的结构设计具有重要的参考价值,为提高能量采集器的响应特性和输出性能提供了理论指导.【总页数】9页(P295-303)【作者】秦立振;张振宇;张坤;丁建桥;段智勇;苏宇锋【作者单位】郑州大学机械工程学院,郑州 450001;郑州大学机械工程学院,郑州450001;郑州大学机械工程学院,郑州 450001;郑州大学机械工程学院,郑州450001;郑州大学物理工程学院,郑州 450001;郑州大学机械工程学院,郑州450001【正文语种】中文【相关文献】1.微型抗磁悬浮振动能量采集器静平衡研究 [J], 苏宇锋;秦立振2.微型抗磁悬浮振动能量采集器结构分析与实验 [J], 苏宇锋;叶志通;段智勇;张利峰3.微型抗磁悬浮振动能量采集器结构研究与分析 [J], 苏宇锋;苏六帅4.微型振动能量采集器的抗磁悬浮结构分析 [J], 苏宇锋;张坤;叶志通;张鲲鹏5.微型抗磁悬浮振动能量采集器输出特性分析 [J], 苏六帅;叶志通;苏宇锋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
多频激励磁悬浮能量采集
步建立 电力 耦合 的非 线性振 动方 程组 ， 通 过谐 波平 衡 方 法 和弧长 法 研 究 了该 强 非 线性 系统 在 外部 多 频激励 下不 同激 励频 率关 系 的稳 态 响应 特征 ． 通 过
直接数值方法加 以验证． 并对比不同参数的系统响
应， 揭示 系统各 电学 参数对 能量 采集 效果 的影 响．
关键 词 非线性 ， 弧长延伸法 ， 能量采集 ， 谐波平衡 ， 多频激励
Ｄ ＯＩ ： １ ０． ６０ ５ ２ ／１ ６ ７２－ ６ ５５ ３－ ２ ０１ ６－ ０ ６ ４
引 言
近年 来 ， 许 多研 究人员 对 振动能 量 采集 进行 了
工作 ． 杨德 森 等 人 １ 。 。 利 用 多 尺度 法研 究 了在 多 频
十通 讯 作 者 Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｄ ｉ ｎ ｇ ｈ ｕ ３ ＠ｓ ｔ ａ ｆ ｆ ． ｓ ｈ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
动
力
学
与
控
制
学
报
２ ０ １ ７年第 １ ５卷
中问磁铁 的线 性 弹性 系数 和 非 线性 弹 性 系 数 ； ｇ为
１ 磁 悬 浮 能 量 采 集 器
如 图 １给 出 了磁 悬浮 能量采 集器 的示 意 图． 相 应 的力学模 型 图和 电学模 型 图如 图 ２所 示． 通 过 牛 顿第 二定律 和基 尔霍 夫定 律可 到如下 控制方 程
ｍ 莺＋ 芽 ＋ｋｌ ＋ ３ ＋ｍｇ ＋ ∞ ，＝ 一ｍ
摘 要 研究 多频激励下磁力悬 浮非线性磁 电能量 器采集 系统 的动力学 特性． 结合谐波 平衡法 、 牛顿迭 代法 和弧 长延 伸法 近似分析非线性 电力耦 合的常微分方程组 ， 研究多简谐频 激励下 系统的非线性稳态 幅频响应
双自由度磁悬浮式桥梁振动能量采集器数值仿真和优化
双自由度磁悬浮式桥梁振动能量采集器数值仿真和优化
作者：邓露聂新民毕涛何维
来源：《湖南大学学报·自然科学版》2018年第01期
摘要：提出了一种能利用桥梁振动能量为传感器持续供电的双自由度磁悬浮振动能量采集器（TMEH），该系统的能量采集效率远高于传统单自由度磁悬浮振动能量采集器（SMEH）.推导了TMEH系统的运动控制方程和机电耦合方程；建立了TMEH的多目标优化模型，提出了基于NSGA2算法的能量采集器参数优化设计方法；最后将TMEH和SMEH在简谐振动激励和桥梁随机振动激励作用下的响应特性和能量采集效率进行了对比.研究结果表明：1）通过NSGA2算法优化设计，TMEH能获得更宽的采能带宽和更高的输出功率；2）TMEH比SMEH 的采能效率有明显提高.在简谐振动激励和桥梁随机振动激励作用下，TMEH的输出功率比SMEH增加了约2倍.
关键词：振动能量采集器；桥梁健康监测；车桥耦合振动；磁悬浮；多目标优化。
多频激励磁悬浮能量采集
多频激励磁悬浮能量采集
王祖尧;丁虎;陈立群
【期刊名称】《动力学与控制学报》
【年(卷),期】2017(015)002
【摘要】研究多频激励下磁力悬浮非线性磁电能量器采集系统的动力学特性.结合谐波平衡法、牛顿迭代法和弧长延伸法近似分析非线性电力耦合的常微分方程组,研究多简谐频激励下系统的非线性稳态幅频响应特征.通过改变激励的频率,研究磁力悬浮非线性振动能量采集器的幅频特性.研究结果表明,多频激励的稳态幅频响应随非线性系数的增大而位移幅频响应的共振峰变小但带宽变宽.另外,还通过对比电学参数对共振响应幅度以及区域的影响,确定了电阻、电感和耦合系数对增强两个共振强度、扩大两个共振区域,也就是提高能量采集的强度和带宽的影响.数值模拟验证了近似解析分析结果.
【总页数】6页(P125-130)
【作者】王祖尧;丁虎;陈立群
【作者单位】上海大学上海市应用数学和力学研究所,上海200072;浙江科技学院理学院,杭州310023;上海大学上海市应用数学和力学研究所,上海200072;上海大学上海市应用数学和力学研究所,上海200072;上海大学力学系,上海200444【正文语种】中文
【相关文献】
1.用于多频振动的MEMS复合式能量采集器的设计 [J], 任婧;陈旭远
2.微型抗磁悬浮振动能量采集器静平衡研究 [J], 苏宇锋;秦立振
3.多频响应的压电振动能量采集器的性能分析与测试 [J], 喻其炳;朱荣荣;李川
4.多频激励下添加线性振子磁悬浮能量采集系统建模及其输出功率影响参数分析[J], 王祖尧;丁虎;陈立群
5.基于抗磁悬浮的气流能量采集器 [J], 巩启; 聂惠娟; 苏宇锋; 张鲲鹏; 张坤
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。