对抗磁悬浮气流能量采集器的悬浮转子的悬浮特性进行分析,选定合适的悬浮间距后分析了优化前后两种不同的线圈布置方式和线圈结构参数对输出特性的影响。使用COMSOL 5.5进行有限元仿真分析,发现感应电压和平均功率随着线圈外径的增大表现出先增大后减小的特性,找到输出电压最高时线圈的布置方式及结构参数,最终确定线圈外径6 mm,导线直径0.02 mm,匝数为600匝,在2 000 r/min时采集器得到了2.33 V的峰值电压和0.32 mW的电源平均功率。

研究了基于抗磁悬浮原理的能量采集器的静平衡问题。该能量采集器自上而下由提升永磁体、上热解石墨板、悬浮永磁体、下热解石墨板以及两热解石墨板内侧的线圈组成。通过理论分析发现悬浮永磁体静平衡位置和两个热解石墨板间距有很大关系。利用有限元软件COMSOL Multiphysics TM对悬浮装置进行仿真计算,求得当热解石墨板间距L在时,悬浮永磁体所受合力存在1个零点,悬浮永磁体只有1个平衡位置;当时,悬浮永磁体所受合力有3个零点,分析其势能曲线,发现其中2个零点为其平衡位置。通过实验验证了平衡位置个数随热解石墨板间距变化而变化。分析了实验数据和理论曲线有偏差的原因,进而验证了理论分析的合理性,为能量采集器的设计和优化打下了基础。

研究了一种基于抗磁悬浮原理的微型振动能量采集器,自上而下主要由提升永磁体、上热解石墨板、悬浮永磁体和下热解石墨板组成,在上、下热解石墨板上电镀有铜线圈,利用电磁感应原理将悬浮永磁体的振动能量转化为电能。通过有限元分析软件COMSOL Multiphysics TM对能量采集器整体结构尺寸进行仿真计算,并与实验结果进行对比,得到最大仿真误差为8.2%,可以作为能量采集器结构设计的依据,根据悬浮永磁体周围磁场分布情况,得到了铜线圈的最佳布置方案。通过对能量采集器的振动模型进行分析,得到能量采集器输出的峰值电压为22.5mV,为能量采集器的进一步应用打下坚实基础。

研究了一种由热解石墨转子、永磁体结构以及底板构成的抗磁悬浮结构,通过对石墨转子叶片施加氮气流使其运动。利用有限元软件COMSOL Multiphysics建立仿真模型,并且将仿真结果与实验结果相对比。研究表明,未受氮气流作用时,石墨转子仿真悬浮高度为130μm,实验测得悬浮高度为132μm,误差为1.5%;实验测得氮气流速小于21.45 sccm时,石墨转子在永磁体上方轻微摆动,而未转动,氮气流速达到21.45 sccm时,石墨转子转速稳定在120 r/min~130 r/min之间与仿真结果接近。通过对比仿真结果与试验数据得出石墨转子加工质量,实验环境对石墨转子的运动性能有一定影响,该抗磁悬浮结构有望用于微型电机和非接触式传感器中。