AP23487678 – Разработка широкополосного, энергоэффективного и компактного преобразователя механических колебаний окружающей среды в электрические сигналы
Цель – разработка широкополосного по частоте преобразователя механических колебаний окружающей среды в электрические сигналы с высокой степенью энергоэффективности
Актуальность: Актуальность проекта обусловлена необходимостью разработки эффективных источников альтернативной энергии, способных использовать механические колебания окружающей среды. Большинство таких колебаний находится в диапазоне от десятков до сотен герц, что требует создания широкополосных устройств преобразования энергии. Существующие технологии, основанные на законе Фарадея, сталкиваются с проблемой одновременного обеспечения высокой энергоэффективности и широкой рабочей частоты. Дополнительные сложности связаны с потерями энергии при механических столкновениях и влиянием самоиндукции в катушке. Решение этих задач требует междисциплинарных исследований в области физики, электроники и материаловедения. Разработка такого устройства позволит создать автономные источники питания для маломощных систем, включая сенсоры мониторинга, что делает проект перспективным с точки зрения практического применения и коммерциализации.
Научный руководитель: Доктор Ph.D., Ассоциированный профессор, Албанбай Нуртай
Ожидаемые и достигнутые результаты: В ходе выполнения проекта была смоделирована принципиальная схема широкополосного устройства для энергоэффективного преобразования механических колебаний в электрический сигнал. Разработана и оптимизирована 3D-модель устройства с учетом требований к компактности и минимизации энергетических потерь. Создана математическая модель, описывающая динамику взаимодействия магнитов и катушки, включая влияние самоиндукции на выходные характеристики. Изготовлен опытный образец устройства с использованием 3D-печати, полностью соответствующий расчетным параметрам. Разработан и введен в эксплуатацию экспериментальный стенд для исследования рабочих характеристик устройства. Проведены численные расчеты, позволившие спрогнозировать выходное напряжение и энергоэффективность системы. Экспериментальные исследования подтвердили корректность функционирования устройства в диапазоне частот 1–60 Гц и при различных амплитудах вибраций. Выполнен параметрический анализ влияния геометрических характеристик на выходные параметры, включая напряжение и мощность. Сравнение теоретических и экспериментальных данных показало высокую степень согласования (коэффициент корреляции 0,95), что подтверждает адекватность разработанной модели. Полученные результаты подтвердили эффективность предложенной конструкции и легли в основу научной статьи, направленной в международный журнал Micromachines.
Список публикаций с ссылками на них
- Албанбай Н., Алимова М. А., Исимова А. Т., Қадылбекқызы Э.
Количественная оценка влияния самоиндукции в электромагнитных вибрационных энергохарвестерах: математическое моделирование и численный анализ // АЭжБУ хабаршысы. – 2025. – Т. 3. – № 70. – С. 17. – DOI: https://doi.org/10.51775/2790-0886_2025_70_3_225