ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ МАЯТНИКОВОГО ИНЕРЦИОННОГО КОНИЧЕСКОГО РОТОРНОГО ГЕНЕРАТОРА В УСЛОВИЯХ ИМПУЛЬСНОГО УПРАВЛЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОСТОЯННЫХ И ПЕРЕМЕННЫХ МАГНИТОВ
DOI:
https://doi.org/10.52167/1609-1817-2025-140-5-69-83Ключевые слова:
конус, магнит, генератор, ротор, ЭҚК, математикалық модельАннотация
В данной работе рассматривается исследование и анализ работы генератора, использующего маятниково-инерционный конический Ротор в сочетании с постоянными и переменными магнитами с импульсным управлением. Предлагаемая конструкция сочетает в себе свойства колебательного маятника и накопительные характеристики инерционного ротора, что позволяет эффективно преобразовывать механическую энергию во вращательное движение с последующей электрической энергией. В модели учитываются различные режимы магнитного возбуждения: постоянное магнитное поле для стабилизации вращения и переменная для адаптивного управления импульсами энергии. Численные эксперименты проводились с изменением параметров системы (момента инерции, сопротивления, коэффициента трения, амплитуды и длительности импульсов), а также осуществлялась визуализация выходных характеристик: угловой скорости, ЭДС, выходного тока и накопленной энергии. Конструкция генератора включает в себя массивный конический Ротор, оснащенный магнитом, который также работает как маятниковый стабилизатор, что позволяет обеспечить длительное вращение за счет инерционных колебаний. Вращательное движение ротора индуцирует электродвижущую силу в неподвижных катушках, а энергия, полученная от генерации, распределяется на питание внешней нагрузки, а системы самозарядки реализуются за счет кратковременных импульсов тока с уменьшением угловой скорости, что позволяет снизить расход энергии и повысить общую эффективность устройства. Модель реализована в среде Python через библиотеку NumPy, а также было проведено численное моделирование с интервалом до 10 секунд и проведен сравнительный анализ влияния структурных параметров (масса и радиус Ротора, сопротивление нагрузки, коэффициент трения, количество витков и магнитный поток).
Библиографические ссылки
[1] Pranjić, F., Smolar, N., & Virtič, P. (2023). Designing An Electromechanical Generator For Energy Harvesting. Journal of Energy Technology, 14(4), 41-58. https://doi.org/10.18690/jet.14.4.41-58.2021
[2] C. Serre, A. Pérez-Rodriguez, N. Fondevilla, J.-R. Morante, J. Montserrat, et al.. Vibrational Energy Scavenging With Si Technology Electromagnetic Inertial Microgenerators. DTIP 2006, Apr 2006, Stresa, Lago Maggiore, Italy. 6 p. ⟨hal-00189301⟩
[3] E. Arroyo, A. Badel and F. Formosa, "Modeling and design of an electromagnetic vibration energy harvester and its dedicated energy extraction circuit," 2012 IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference Proceedings, Graz, Austria, 2012, pp. 425-430, doi: 10.1109/I2MTC.2012.6229364
[4] Amiryar, M.E.; Pullen, K.R. A Review of Flywheel Energy Storage System Technologies and Their Applications. Appl. Sci. 2017, 7, 286. https://doi.org/10.3390/app7030286
[5] Y. Li, Y. Li and Q. Wang, "Modeling and Analysis of a Novel Contactless Magnetic Lock Equipped With Permanent Magnets for Aerospace Applications," in IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, vol. 25, no. 2, pp. 977-984, April 2020, doi: 10.1109/TMECH.2020.2971965.
[6] Ubaidillah, U.; Lenggana, B.W.; Choi, S.-B. Bibliometric Review of Magnetorheological Materials. Sustainability 2022, 14, 15816. https://doi.org/10.3390/su142315816
[7] Isiaka Shuaibu, Eric Ho Tatt Wei, Ramani Kannan, Yau Alhaji Samaila, Advancements in axial flux permanent magnet machines utilizing coreless technology: A systematic review, Ain Shams Engineering Journal,Volume 15, 2024, https://doi.org/10.1016/j.asej.2024.103091
[8] Nongthombam, Kiranbala. (2021). Data Analysis Using Python
[9] Chen, Y.; Zeng, Y.; Li, H.; Zhang, J.; Zhang, L. Research on the Measurement Technology of Rotational Inertia of Rigid Body Based on the Principles of Monocular Vision and Torsion Pendulum. Sensors 2023, 23, 4787. https://doi.org/10.3390/s23104787
[10] Le, T. T. N., Vu, D. Q., Dinh, C. T., Nguyen, D. T., & Plourde, F. (2025). Numerical modelling and experimental assessment of cap magnet motion in a small windbelt generator. International Journal of Renewable Energy Development, 14(3), 463-472. https://doi.org/10.61435/ijred.2025.61102
[11] Liu, Y.; Hou, J.; Li, R.; Bai, Q. Dynamic Characteristic Analysis and Experimental Verification of Rotor Systems in Large Synchronous Motors. Machines 2025, 13, 747. https://doi.org/10.3390/machines13080747
[12] M N Hidayat, S P Chairandy and F Ronilaya, A review on how a Perpetual Motion Machine generates electrical power, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Volume 1098, Computer Science, DOI 10.1088/1757-899X/1098/4/042063, https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/1098/4/042063
[13] Costa, L.G., Savi, M.A. Pendulum-based hybrid system for multidirectional energy harvesting. Nonlinear Dy 112, 18665–18684(2024). https://doi.org/10.1007/s11071-024-10040-z
[14] Chen, J.; Bao, B.; Liu, J.; Wu, Y.; Wang, Q. Pendulum Energy Harvesters: A Review. Energies 2022, 15, 8674. https://doi.org/10.3390/en15228674
[15] Litak, G.; Kondratiuk, M.; Wolszczak, P.; Ambrożkiewicz, B.; Giri, A.M. Energy Harvester Based on a Rotational Pendulum Supported with FEM. Appl. Sci. 2024, 14, 3265. https://doi.org/10.3390/app14083265
[16] Ran, Y.; Qiao, M.; Sun, L.; Xia, Y. Review of Position Sensorless Control Technology for Permanent Magnet Synchronous Motors. Energies 2025, 18, 2302. https://doi.org/10.3390/en18092302
[17] Rolo, P., Vidal, J.V., Kholkin, A.L. et al. Self-adaptive rotational electromagnetic energy generation as an alternative to triboelectric and piezoelectric transductions. Commun Eng 3, 105 (2024). https://doi.org/10.1038/s44172-024-00249-6
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Категории
Лицензия
Copyright (c) 2025 Омирлан Ауелбеков, Ернар Бостанов, Айнур Козбакова, Гульназ Набиева
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
