摘要：抗磁悬浮热解石墨的光学驱动实现了光对较大物体的直接操纵,其具有远程控制与无接触的特点,无需使用额外的导线连接来实现供源。目前基于该现象的相关光驱动机理仍有待完善,特别是在特定的磁场环境下不同激光辐照方式对驱动物体运动方式的影响情况,目前仍缺少有效的研究方法。为此,本文采用理论模拟的方法,针对热解石墨片在矩形阵列磁体上方沿激光辐照方向移动这一现象,通过计算并分析热解石墨片在光驱动过程中相关物理量的变化来说明其驱动机理。首先介绍了抗磁悬浮光驱动现象中的相关物理量及其计算方法,然后建立了基于磁场与热场耦合的抗磁悬浮光驱动仿真模型,通过该模型成功得到了热解石墨片在激光辐照下不同磁场位置的磁势能及水平驱动力变化,据此解释了该现象。设置了相关实验进行验证,模拟结果与实验现象具有很好的一致性。此外基于磁热耦合的激光驱动模型,对于分析类似的,如光驱旋转运动也同样适用,分析结果为磁悬浮光驱动器械及新型光能采集系统的设计提供了参考。

摘要：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.

摘要：基于高定向热解石墨(HOPG)板和法拉第电磁感应定律,设计了一种抗磁悬浮气流能量收集器。通过仿真研究了提升磁铁的半径和厚度对该收集器轴向结构尺寸的影响,对该收集器的结构进行了研究,以探索其在结构尺寸优化方面的潜力。通过改变提升磁铁的半径,将其与悬浮磁铁在平衡位置处的位移、所受合力和势能联系起来,得到了很明显的合力和势能的变化趋势图。通过联合仿真研究了提升磁铁的半径和厚度、HOPG板的半径和厚度对最大单稳悬浮间距的影响。通过上述结构优化分析,制备的能量收集器可以点亮由60个发光二极管组成的郑州大学图标样式的矩阵灯。在实验条件下,该抗磁悬浮气流能量收集器所输出的最高峰值电压可达1.294 V,平均功率可达60.67 mW。

摘要：利用抗磁性材料在磁场中产生抗磁力,从而实现稳定的悬浮。提出了一种新型的抗磁悬浮振动能量采集器,通过提升永磁体与悬浮永磁体产生的磁吸力抵消悬浮永磁体的重力,两个热解石墨薄板与悬浮永磁体之间产生的抗磁力作为使悬浮永磁体回复到平衡位置的回复力。通过Maxwell软件仿真,计算出悬浮永磁体的最大活动范围为1.3 mm,并且对比分析磁力的增量与抗磁力的增量,进一步计算出特定结构的固有频率为11.3 Hz。该结构避免了传统机械悬浮的能量损失,装置的能源来自外部的振动环境,可以持续为MEMS提供能源。

摘要：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。

摘要：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。

摘要：针对微机电系统供电问题,提出一种新型的抗磁悬浮振动能量采集器结构。该结构消除了传统机械悬浮的能量损失,利用提升永磁体与悬浮永磁体之间的磁吸力抵消悬浮永磁体的重力,两个热解石墨薄板与悬浮永磁体之间的抗磁力作为回复力使悬浮永磁体回到平衡位置。通过有限元软件MAXWELL仿真计算,悬浮永磁体的最大活动范围1.3mm;同时,分析了在悬浮永磁体悬浮的范围内磁力的增量与抗磁力增量大小对比,得出了抗磁能量采集器的运动特性和稳定工作的范围为0.7mm。

摘要：振动能量收集技术是一种解决无线传感网络供电难题的理想方案。为实现低频、宽带振动能的高效收集,设计了一种基于抗磁悬浮系统的悬浮式电磁振动能量收集器。利用抗磁悬浮系统的低刚度特性降低系统的工作频率,并通过碰撞实现振动能量收集器工作频带的拓宽。对所设计的振动能量收集器进行理论分析和实验研究,分析悬浮磁铁的抗磁悬浮机理,建立振动能量收集器的机电耦合模型,测试了不同振动激励、负载条件下振动能量收集器的电能输出特性。实验结果表明,当激励加速度为0.3g时,峰-峰电压为205 mV,最大均方根输出功率为105.7μW,工作带宽可达8 Hz。