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外加磁场压电悬臂梁能量采集系统的磁化电流法磁力研究

谭丹 冷永刚 范胜波 高毓璣

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外加磁场压电悬臂梁能量采集系统的磁化电流法磁力研究

谭丹, 冷永刚, 范胜波, 高毓璣

Magnetic force of piezoelectric cantilever energy harvesting system with an externally applied magnetic field based on magnetizing current method

Tan Dan, Leng Yong-Gang, Fan Sheng-Bo, Gao Yu-Ji
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  • 以外加磁场压电悬臂梁能量采集系统结构为研究对象, 根据磁化电流方法探讨了具有悬臂梁特征的系统结构的磁场作用力及其计算方法, 给出了相应的磁力计算模型, 并将计算结果与实验数据进行了对比. 研究表明, 磁化电流方法导出的磁力计算模型存在偏差, 其磁力计算误差随着磁铁间距缩小而增大. 通过引入悬臂梁末端磁铁的偏转角度, 对磁化电流法计算模型进行改进, 得到合理的外加磁场压电悬臂梁能量采集系统的磁力计算模型, 为该能量采集系统的进一步研究提供了可靠的磁力计算理论依据.
    This paper focuses on the piezoelectric cantilever energy harvesting system with an externally applied magnetic field. The calculation method and model for the magnetic force are proposed from the magnetizing current method, and the calculation results are compared with a set of experimental data. The study shows that there is a deviation in the calculation model derived by the magnetizing current method, which increases as the distance between two magnets decreases. The calculation model is improved by introducing the deflection angle of the magnet at the end of the cantilever beam, and is reliable to calculate the magnetic force of piezoelectric cantilever energy harvesting system with an externally applied magnetic field for further studying this energy harvesting system.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51275336)和高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20120032110001) 资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51275336), and the Specialized Research Fund for the Doctoral Program of High Education of China (Grant No. 20120032110001).
    [1]

    Priya S, Inman D J (Translated by Huang J Q, Huang Q A) 2010 Energy Harvesting technologies (Nanjing: Dongnan University Press) pp1-4 (in Chinese) [(印)沙山克·普利亚, (美)丹尼尔·茵曼 著 (黄见秋, 黄庆安 译) 2010能量收集技术(南京: 东南大学出版社) 第1–4页]

    [2]

    Kim H S, Kim J H, Kim J 2011 Int. J. Precis. Eng. Man. 12 1129

    [3]

    Lu Y W, Shan X B, Yuan J B, Xie T 2010 Machinery Design & Manufacture 5 118 (in Chinese) [卢有为, 单小彪, 袁江波, 谢涛 2010 机械设计与制造 5 118]

    [4]

    Cottone F, Vocca H, Gammaitoni L 2009 Phys. Rev. Lett. 102 080601

    [5]

    Andò B, Baglio S, Trigona C, Dumas N, Latorre L, Nouet P 2010 J. Micromech. Microeng. 20 125020

    [6]

    S Stanton S C, McGehee C C, Mann B P 2010 Physica D 239 640

    [7]

    Fan K Q, Xu C H, Wang W D, Fang Y 2014 Chin. Phys. B 23 084501

    [8]

    Han Q W, Li K, Yan L, Zhou J L, Wang Y, Chen W L H 2011 Piezoelectr. Acoustoop. 33 85 (in Chinese) [韩权威, 李坤, 严玲, 周金龙, 王雨, 陈王丽华 2011 压电与声光 33 85]

    [9]

    Ma H A, Liu J Q, Tang G, Yang C S, Li Y G 2011 Trans. Microsyst. Technol. 30 66 (in Chinese) [马华安, 刘景全, 唐刚, 杨春生, 李以贵 2011 传感器与微系统 30 66]

    [10]

    Ferrari M, Ferrari V, Guizzetti M, Andò B, Baglio S, Trigona C 2010 Sensor Actuat. A: Phys. 162 425

    [11]

    Chen Z S, Yang Y M 2011 Acta Phys. Sin. 60 074301 (in Chinese) [陈仲生, 杨拥民 2011 物理学报 60 074301]

    [12]

    Gao Y J, Leng Y G, Fan S B, Lai Z H 2014 Acta Phys. Sin. 63 090501 (in Chinese) [高毓璣, 冷永刚, 范胜波, 赖志慧 2014 物理学报 63 090501]

    [13]

    Furlani E P, Reznik S, Kroll A 1995 IEEE Trans. Magn. 31 844

    [14]

    Agashe J S, Arnold D P 2008 J. Phys. D: Appl. Phys. 41 105001

    [15]

    Bobbio S, Delfino F, Girdinio P, Molfino P 2000 IEEE Trans. Magn. 36 663

    [16]

    Akoun G, Yonnet J P 1984 IEEE Trans. Magn. 20 1962

    [17]

    Lin J T, Lee B, Alphenaar B 2010 Smart Mater. Struct. 19 045012

  • [1]

    Priya S, Inman D J (Translated by Huang J Q, Huang Q A) 2010 Energy Harvesting technologies (Nanjing: Dongnan University Press) pp1-4 (in Chinese) [(印)沙山克·普利亚, (美)丹尼尔·茵曼 著 (黄见秋, 黄庆安 译) 2010能量收集技术(南京: 东南大学出版社) 第1–4页]

    [2]

    Kim H S, Kim J H, Kim J 2011 Int. J. Precis. Eng. Man. 12 1129

    [3]

    Lu Y W, Shan X B, Yuan J B, Xie T 2010 Machinery Design & Manufacture 5 118 (in Chinese) [卢有为, 单小彪, 袁江波, 谢涛 2010 机械设计与制造 5 118]

    [4]

    Cottone F, Vocca H, Gammaitoni L 2009 Phys. Rev. Lett. 102 080601

    [5]

    Andò B, Baglio S, Trigona C, Dumas N, Latorre L, Nouet P 2010 J. Micromech. Microeng. 20 125020

    [6]

    S Stanton S C, McGehee C C, Mann B P 2010 Physica D 239 640

    [7]

    Fan K Q, Xu C H, Wang W D, Fang Y 2014 Chin. Phys. B 23 084501

    [8]

    Han Q W, Li K, Yan L, Zhou J L, Wang Y, Chen W L H 2011 Piezoelectr. Acoustoop. 33 85 (in Chinese) [韩权威, 李坤, 严玲, 周金龙, 王雨, 陈王丽华 2011 压电与声光 33 85]

    [9]

    Ma H A, Liu J Q, Tang G, Yang C S, Li Y G 2011 Trans. Microsyst. Technol. 30 66 (in Chinese) [马华安, 刘景全, 唐刚, 杨春生, 李以贵 2011 传感器与微系统 30 66]

    [10]

    Ferrari M, Ferrari V, Guizzetti M, Andò B, Baglio S, Trigona C 2010 Sensor Actuat. A: Phys. 162 425

    [11]

    Chen Z S, Yang Y M 2011 Acta Phys. Sin. 60 074301 (in Chinese) [陈仲生, 杨拥民 2011 物理学报 60 074301]

    [12]

    Gao Y J, Leng Y G, Fan S B, Lai Z H 2014 Acta Phys. Sin. 63 090501 (in Chinese) [高毓璣, 冷永刚, 范胜波, 赖志慧 2014 物理学报 63 090501]

    [13]

    Furlani E P, Reznik S, Kroll A 1995 IEEE Trans. Magn. 31 844

    [14]

    Agashe J S, Arnold D P 2008 J. Phys. D: Appl. Phys. 41 105001

    [15]

    Bobbio S, Delfino F, Girdinio P, Molfino P 2000 IEEE Trans. Magn. 36 663

    [16]

    Akoun G, Yonnet J P 1984 IEEE Trans. Magn. 20 1962

    [17]

    Lin J T, Lee B, Alphenaar B 2010 Smart Mater. Struct. 19 045012

  • [1] 陈大勇, 缪培贤, 史彦超, 崔敬忠, 刘志栋, 陈江, 王宽. 抽运-检测型原子磁力仪对电流源噪声的测量. 物理学报, 2022, 71(2): 024202. doi: 10.7498/aps.71.20211122
    [2] 曾闵, 罗颖, 江虹. 无线能量传输支持的设备到设备多播能量协作传输机制. 物理学报, 2022, 71(16): 168801. doi: 10.7498/aps.71.20220345
    [3] 陈大勇, 缪培贤. 抽运-检测型原子磁力仪对电流源噪声的测量. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211122
    [4] 张咪, 左西, 杨同青, 张晓青. 基于压电驻极体的微能量采集. 物理学报, 2020, 69(24): 247701. doi: 10.7498/aps.69.20200815
    [5] 孙帅令, 冷永刚, 张雨阳, 苏徐昆, 范胜波. 双磁铁多稳态悬臂梁磁力及势能函数分析. 物理学报, 2020, 69(14): 140502. doi: 10.7498/aps.69.20191981
    [6] 吴娟娟, 冷永刚, 乔海, 刘进军, 张雨阳. 窄带随机激励双稳压电悬臂梁响应机制与能量采集研究. 物理学报, 2018, 67(21): 210502. doi: 10.7498/aps.67.20180072
    [7] 张雨阳, 冷永刚, 谭丹, 刘进军, 范胜波. 基于磁化电流法的双稳压电悬臂梁磁力精确分析. 物理学报, 2017, 66(22): 220502. doi: 10.7498/aps.66.220502
    [8] 杜超凡, 章定国. 基于无网格点插值法的旋转悬臂梁的动力学分析. 物理学报, 2015, 64(3): 034501. doi: 10.7498/aps.64.034501
    [9] 武丽明, 张晓青. 交联聚丙烯压电驻极体的压电性能及振动能量采集研究. 物理学报, 2015, 64(17): 177701. doi: 10.7498/aps.64.177701
    [10] 范纪华, 章定国. 旋转柔性悬臂梁动力学的Bezier插值离散方法研究. 物理学报, 2014, 63(15): 154501. doi: 10.7498/aps.63.154501
    [11] 李海涛, 秦卫阳, 周志勇, 蓝春波. 带有分数阶阻尼的压电能量采集系统相干共振. 物理学报, 2014, 63(22): 220504. doi: 10.7498/aps.63.220504
    [12] 李海涛, 秦卫阳. 宽频随机激励下非线性压电能量采集器的相干共振. 物理学报, 2014, 63(12): 120505. doi: 10.7498/aps.63.120505
    [13] 唐炜, 王小璞, 曹景军. 非线性磁式压电振动能量采集系统建模与分析. 物理学报, 2014, 63(24): 240504. doi: 10.7498/aps.63.240504
    [14] 高毓璣, 冷永刚, 范胜波, 赖志慧. 弹性支撑双稳压电悬臂梁振动响应及能量采集研究. 物理学报, 2014, 63(9): 090501. doi: 10.7498/aps.63.090501
    [15] 方建士, 章定国. 旋转内接悬臂梁的刚柔耦合动力学特性分析. 物理学报, 2013, 62(4): 044501. doi: 10.7498/aps.62.044501
    [16] 孙舒, 曹树谦. 双稳态压电悬臂梁发电系统的动力学建模及分析. 物理学报, 2012, 61(21): 210505. doi: 10.7498/aps.61.210505
    [17] 陈仲生, 杨拥民. 悬臂梁压电振子宽带低频振动能量俘获的随机共振机理研究. 物理学报, 2011, 60(7): 074301. doi: 10.7498/aps.60.074301
    [18] 于晓梅, 张大成, 王丛舜, 李婷, 阮勇. U形阵列式微机械悬臂梁的研究. 物理学报, 2004, 53(1): 31-36. doi: 10.7498/aps.53.31
    [19] 刘长清, 金柱京, 李美栓, 呼和吉夫, 吴维?. 悬臂梁弯曲法研究氮化钛薄膜临界开裂行为与损毁机理. 物理学报, 1992, 41(7): 1137-1142. doi: 10.7498/aps.41.1137
    [20] 胡海昌. 各向异性的悬臂梁负担均布载荷的弯曲问题. 物理学报, 1956, 12(4): 339-349. doi: 10.7498/aps.12.339
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-07-30
  • 修回日期:  2014-10-14
  • 刊出日期:  2015-03-05

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