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RWMS用磁旋激励式悬臂梁压电发电机的设计与试验
| 论文题名： | RWMS用磁旋激励式悬臂梁压电发电机的设计与试验 |
| 关键词： | 列车轮对;监测系统;悬臂梁;旋磁激励;压电发电机;仿真试验 |
| 摘要： | 近年来,我国高速铁路取得了突飞猛进的发展,日益提高的运行速度也给列车的平稳性、舒适性以及轮对与轴承等零部件的安全性和可靠性带来一定的影响。为此,人们开发出来各种列车轮对监测系统(RWMS)。但现有货车车厢无供电系统、客车车厢需经常编组而不便通过导线供电、电池供电持续时间短且须经常更换,严重地制约了列车轮轴监测技术的推广与应用。因此,有一套集成与监测系统的发电机能够持续为其供电显得势在必行。近年来利用压电振动俘能器为微功率电子产品及微小型远程传感监测系统供电,已成为诸多领域的研究热点。在总结分析目前相关技术发展及其应用的基础上,本文提出通过利用旋磁激励的压电发电机为列车轮对的监测系统供电的新方法,并从理论及试验两方面进行了研究,获得了磁铁数量及其配置方式、旋转磁铁转速和串并联等对发电机动态特性与发电能力的影响规律,证明了为列车轮对监测系统供电的可行性。主要研究内容如下: 1.根据悬臂梁压电片的结构形式,通过欧拉-伯努利梁理论对悬臂梁进行振动理论分析,建立了悬臂梁的微分振动方程,并对它的发电性能进行了理论分析; 2.建立了磁励耦合式悬臂梁压电振动俘能器的理论分析模型、并进行了仿真分析,获得了动磁铁的转速、载荷作用时间及周期比(载荷作用时间与振动周期之比)等对压电梁动态响应特性(响应波形及放大比)及影响规律;结果表明通过确定合理的动磁铁之间的磁铁配置、或采用多个具有不同谐振频率压电梁串/并联输出可有效提高发电机的速带宽度,实现较大转速范围的实时供电; 3.进行了动磁铁与定磁铁在不同的间隙比和距离比下耦合激振力幅值大小及激励次数,比对其耦合特性的影响规律; 4.设计制作了旋磁激励式悬臂梁压电发电机并进行了试验测试,获得了压电梁端受激磁铁尺度及质量、激励磁铁的尺度/数量/磁极配置方式/与激励磁铁的相对位置等对不同转速下的发电机发电性能的影响规律,证明了理论分析结论的正确性;进行了多振子发电机不同输出方式下的发电特性研究,获得了直接串/并联及整流后串/并联等多种输出方式对电压及速带宽度等的影响规律。 |
| 作者： | 陈一峰 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 阚君武 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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