Study of the effects of magneto-mechanical coupling in the performance of electromagnetic vibration energy harvesters

Els recol·lectors electromagnètics d’energia de vibracions converteixen energia mecànica, en forma de vibracions, a electricitat. Són per tant, dispositius amb un gran potencial però també amb grans desavantatges pel que fa a adaptabilitat, eficiència i cost. El seu comportament és complex de caract...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor: Arasanz Armengol, Arnau
Tipo de recurso: tesis de maestría
Fecha de publicación:2023
País:España
Institución:Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
Repositorio:UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC
Idioma:inglés
OAI Identifier:oai:upcommons.upc.edu:2117/394767
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/2117/394767
Access Level:acceso abierto
Palabra clave:Electromagnetic waves
Energy harvesting
EMVEH
VEH
Magneto-mechanical coupling
Stiffness softening
Stiffness hardening
Frequency shift
Weak coupling
Electromagnetic vibration energy harvesting
Ones electromagnètiques
Energia -- Captació
Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria elèctrica
Àrees temàtiques de la UPC::Energies::Tecnologia energètica
id ES_d12830aca4ecc06bb404078e4f450ddb
oai_identifier_str oai:upcommons.upc.edu:2117/394767
network_acronym_str ES
network_name_str España
repository_id_str
dc.title.none.fl_str_mv Study of the effects of magneto-mechanical coupling in the performance of electromagnetic vibration energy harvesters
title Study of the effects of magneto-mechanical coupling in the performance of electromagnetic vibration energy harvesters
spellingShingle Study of the effects of magneto-mechanical coupling in the performance of electromagnetic vibration energy harvesters
Arasanz Armengol, Arnau
Electromagnetic waves
Energy harvesting
EMVEH
VEH
Magneto-mechanical coupling
Stiffness softening
Stiffness hardening
Frequency shift
Weak coupling
Electromagnetic vibration energy harvesting
Ones electromagnètiques
Energia -- Captació
Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria elèctrica
Àrees temàtiques de la UPC::Energies::Tecnologia energètica
title_short Study of the effects of magneto-mechanical coupling in the performance of electromagnetic vibration energy harvesters
title_full Study of the effects of magneto-mechanical coupling in the performance of electromagnetic vibration energy harvesters
title_fullStr Study of the effects of magneto-mechanical coupling in the performance of electromagnetic vibration energy harvesters
title_full_unstemmed Study of the effects of magneto-mechanical coupling in the performance of electromagnetic vibration energy harvesters
title_sort Study of the effects of magneto-mechanical coupling in the performance of electromagnetic vibration energy harvesters
dc.creator.none.fl_str_mv Arasanz Armengol, Arnau
author Arasanz Armengol, Arnau
author_facet Arasanz Armengol, Arnau
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Arcos Villamarín, Robert
Ordóñez Izquierdo, Víctor Hugo
dc.subject.none.fl_str_mv Electromagnetic waves
Energy harvesting
EMVEH
VEH
Magneto-mechanical coupling
Stiffness softening
Stiffness hardening
Frequency shift
Weak coupling
Electromagnetic vibration energy harvesting
Ones electromagnètiques
Energia -- Captació
Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria elèctrica
Àrees temàtiques de la UPC::Energies::Tecnologia energètica
topic Electromagnetic waves
Energy harvesting
EMVEH
VEH
Magneto-mechanical coupling
Stiffness softening
Stiffness hardening
Frequency shift
Weak coupling
Electromagnetic vibration energy harvesting
Ones electromagnètiques
Energia -- Captació
Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria elèctrica
Àrees temàtiques de la UPC::Energies::Tecnologia energètica
description Els recol·lectors electromagnètics d’energia de vibracions converteixen energia mecànica, en forma de vibracions, a electricitat. Són per tant, dispositius amb un gran potencial però també amb grans desavantatges pel que fa a adaptabilitat, eficiència i cost. El seu comportament és complex de caracteritzar, especialment quan hi ha una interacció magnètica significativa entre el propi dispositiu i components magnètics o electromagnètics externs, fet que podria derivar en un comportament no-lineal i afectar considerablement al seu rendiment. L’objectiu principal d’aquest projecte és el d’entendre millor la influencia d’aquestes forces magnètiques al rendiment mecànic d’aquest tipus de dispositius desenvolupant una eina de simulació que permeti predir el comportament d’un recol·lector sota diferents escenaris d’interès. El model que es proposa és el d’un sistema massa-esmorteïdor-molla d’un grau de llibertat amb forces magnètiques aplicades. La resposta del sistema és calculada per a una excitació d’entrada sinusoidal i a través de dos mètodes diferents. El primer és un mètode d’integració temporal mentre que el segon, conegut com a harmonic balance method, es calcula en l’espai freqüencial. Per unir la part magnètica amb la mecànica s’empra un acoblament dèbil; calculant en primer lloc les forces magnètiques que rep el dispositiu per posteriorment introduir-les en l’equació de moviment del sistema. Diferents tests experimentals representatius dels diversos escenaris a estudiar es duen a terme per tal de validar l’eina de simulació. Tant experimentalment com numèricament, en aquells casos en que hi ha forces magnètiques aplicades, s’observa un canvi substancial en la freqüència de ressonància del sistema, és a dir, un canvi en la seva rigidesa. Aquest canvi implica una reducció en la rigidesa del sistema quan l’imant del recol·lector està subjecte a forces d’atracció i un augment quan les forces són de repulsió.
publishDate 2023
dc.date.none.fl_str_mv 2023
2023-06-20
2023
2023-10-10
dc.type.none.fl_str_mv master thesis
http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
NA
http://purl.org/coar/version/c_be7fb7dd8ff6fe43
dc.type.openaire.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
dc.identifier.none.fl_str_mv https://hdl.handle.net/2117/394767
url https://hdl.handle.net/2117/394767
dc.language.none.fl_str_mv Inglés
eng
language_invalid_str_mv Inglés
language eng
dc.rights.none.fl_str_mv open access
http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 International
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.rights.openaire.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv open access
http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 International
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
application/pdf
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universitat Politècnica de Catalunya
publisher.none.fl_str_mv Universitat Politècnica de Catalunya
dc.source.none.fl_str_mv reponame:UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC
instname:Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
instname_str Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
reponame_str UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC
collection UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC
repository.name.fl_str_mv
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1869420238202732544
spelling Study of the effects of magneto-mechanical coupling in the performance of electromagnetic vibration energy harvestersArasanz Armengol, ArnauElectromagnetic wavesEnergy harvestingEMVEHVEHMagneto-mechanical couplingStiffness softeningStiffness hardeningFrequency shiftWeak couplingElectromagnetic vibration energy harvestingOnes electromagnètiquesEnergia -- CaptacióÀrees temàtiques de la UPC::Enginyeria elèctricaÀrees temàtiques de la UPC::Energies::Tecnologia energèticaEls recol·lectors electromagnètics d’energia de vibracions converteixen energia mecànica, en forma de vibracions, a electricitat. Són per tant, dispositius amb un gran potencial però també amb grans desavantatges pel que fa a adaptabilitat, eficiència i cost. El seu comportament és complex de caracteritzar, especialment quan hi ha una interacció magnètica significativa entre el propi dispositiu i components magnètics o electromagnètics externs, fet que podria derivar en un comportament no-lineal i afectar considerablement al seu rendiment. L’objectiu principal d’aquest projecte és el d’entendre millor la influencia d’aquestes forces magnètiques al rendiment mecànic d’aquest tipus de dispositius desenvolupant una eina de simulació que permeti predir el comportament d’un recol·lector sota diferents escenaris d’interès. El model que es proposa és el d’un sistema massa-esmorteïdor-molla d’un grau de llibertat amb forces magnètiques aplicades. La resposta del sistema és calculada per a una excitació d’entrada sinusoidal i a través de dos mètodes diferents. El primer és un mètode d’integració temporal mentre que el segon, conegut com a harmonic balance method, es calcula en l’espai freqüencial. Per unir la part magnètica amb la mecànica s’empra un acoblament dèbil; calculant en primer lloc les forces magnètiques que rep el dispositiu per posteriorment introduir-les en l’equació de moviment del sistema. Diferents tests experimentals representatius dels diversos escenaris a estudiar es duen a terme per tal de validar l’eina de simulació. Tant experimentalment com numèricament, en aquells casos en que hi ha forces magnètiques aplicades, s’observa un canvi substancial en la freqüència de ressonància del sistema, és a dir, un canvi en la seva rigidesa. Aquest canvi implica una reducció en la rigidesa del sistema quan l’imant del recol·lector està subjecte a forces d’atracció i un augment quan les forces són de repulsió.Electromagnetic vibration energy harvesters convert mechanical energy, in the form of vibrations, into electricity. They are, therefore, devices with huge potential but also with major drawbacks regarding adaptability, efficiency and return of investment. Their behaviour is complex to characterize, especially when there is a significant magnetic interaction between the device and external ferromagnetic or magnetic components, which could result in strong non-linear behaviours that might affect the performance of the device. The aim of this project is to understand better the influence of these magnetic forces on the mechanical system response by developing a simulation tool which can predict the behaviour of a harvester under different scenarios of interest. The proposed model is a one-degree-of-freedom spring-damper-mass system with applied magnetic forces. Its system response is computed for a sinusoidal excitation input and through two different methods. The former being a time domain integration method and the latter known as harmonic balance method, which is performed in the frequency domain. A weak coupling between magnetic and mechanical phenomena is assumed by performing the electromagnetic simulation independently and later inputting the results in the equation of motion of the system. Several experimental tests representing the different case scenarios are carried out in order to validate the simulation tool. Both experimentally and numerically, when magnetic forces are being applied, the harvester is seen to experience a significant shift in its resonant frequency, i.e., a change in its stiffness. This shift results in a softening effect if the oscillation magnet is subjected to attraction forces and in a hardening effect if, on the contrary, it is subjected to repulsion forces.Universitat Politècnica de CatalunyaArcos Villamarín, RobertOrdóñez Izquierdo, Víctor Hugo20232023-06-2020232023-10-10master thesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_bdccNAhttp://purl.org/coar/version/c_be7fb7dd8ff6fe43info:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/2117/394767reponame:UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPCinstname:Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)Inglésengopen accesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessoai:upcommons.upc.edu:2117/3947672026-05-27T15:37:01Z
score 15,300719

Similares en LA Referencia