自供能磁流變阻尼器原理及其能量管理電路研究.pdf

1、隨著人們對能源需求的不斷增多以及全球面臨的能源短缺問題的不斷加劇，自供能技術(shù)成為各國學(xué)者研究和關(guān)注的重點。自供能技術(shù)是指系統(tǒng)中的能量收集裝置收集系統(tǒng)周圍環(huán)境中能量并轉(zhuǎn)換成電能量以實現(xiàn)系統(tǒng)電子設(shè)備（如控制器，傳感器）的能量自供給的技術(shù)。可以想象，在基于磁流變阻尼器的半主動懸架系統(tǒng)中，如果能設(shè)計一種自供能磁流變阻尼器，將系統(tǒng)周圍的機械振動能量收集起來轉(zhuǎn)換為電能量，并將這些電能量為系統(tǒng)中其他電子設(shè)備供電，則可簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、降低系統(tǒng)的應(yīng)用成本

2、。研究工作發(fā)現(xiàn)，自供能磁流變阻尼器感應(yīng)線圈上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓是低頻、低電壓信號，傳統(tǒng)的以橋式整流電路和倍壓電路為主的能量收集電路無法對其進行有效的能量收集。本文針對低頻、低電壓的能量收集源，提出并實現(xiàn)了一種能量管理電路(EnergyManagementCircuit)的原理。提出并實現(xiàn)的能量管理電路由能量收集電路、啟動電路、控制電路和能量儲存電路組成，利用兩個場效應(yīng)管組成的雙向開關(guān)使能量收集電路工作在不連續(xù)導(dǎo)通模式，避免了前端整流橋的使用

3、，能將低頻、低電壓信號轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓輸出，并可將能量儲存于充電電池或者超級電容。
　　本文的主要研究工作和成果包括：
　　1.針對自供能磁流變阻尼器的結(jié)構(gòu)，分析了自供能磁流變阻尼器的工作原理。在自供能磁流變阻尼器中，利用在高導(dǎo)磁的活塞頭上均勻繞制的線圈充當(dāng)磁流變阻尼器的勵磁線圈，利用在不導(dǎo)磁的缸筒上均勻繞制的線圈充當(dāng)感應(yīng)線圈。當(dāng)不同直流勵磁電流和載波電壓信號同時作用于勵磁線圈時，自供能磁流變阻尼器缸體上的感應(yīng)線圈上將產(chǎn)

4、生感應(yīng)電壓，并且可以計算在最大功率傳遞條件下自供能磁流變阻尼器缸體感應(yīng)線圈的平均輸出功率。
　　2.針對自供能磁流變阻尼器能量源的感應(yīng)電壓特性，設(shè)計并開發(fā)了一款能量管理電路，并對能量管理電路的各部分功能進行了分析。能量管理電路由能量收集電路、啟動電路、控制電路和能量儲存電路組成。能量收集電路用于將輸入交流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓。啟動電路在電路工作初期為控制電路提供工作電壓?？刂齐娐樊a(chǎn)生一個控制信號控制能量收集電路中的雙向開關(guān)。能

5、量儲存電路將能量存儲于超級電容。
　　3.利用凌力爾特公司(LinearTechnologyCorporation)開發(fā)的LTspice軟件對能量管理電路的性能進行了仿真分析。仿真結(jié)果表明，能量管理電路能將自供能磁流變阻尼器勵磁線圈在通入不同直流勵磁電流條件下產(chǎn)生的低頻、低電壓信號轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓。
　　4.利用MTS849減震器測試系統(tǒng)搭建了自供能磁流變阻尼器的實驗測試系統(tǒng)。在空載和帶電阻負載情況下，測試了在不同直流勵

6、磁電流和載波電壓信號同時作用于勵磁線圈時，自供能磁流變阻尼器缸體上的感應(yīng)線圈上的感應(yīng)電壓。在自供能磁流變阻尼器通入不同直流勵磁電流和不同電阻負載情況下，測試了能量管理電路的輸出端負載電壓和能量管理電路的儲存能量性能。實驗結(jié)果表明，能量管理電路能把自供能磁流變阻尼器產(chǎn)生的低頻、低電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓輸出，并可將能量儲存于超級電容。
　　5.測試了需外部控制信號的能量收集電路性能，并與能量管理電路實驗結(jié)果對比分析。實驗結(jié)果表明，當(dāng)