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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

이현석 (충남대학교, 忠南大學校 大學院)

지도교수
노명규
발행연도
2017
저작권
충남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수1

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

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Diesel engine generator is consist of diesel engine and generator. This is used for island and ship as power source and emergency generator of large buildings and plant. Diesel engine generator need to monitoring system for stable operation. Various sensors are used for monitoring the condition of the diesel engine generator. Due to limited battery life and space constraints, it is difficult to supply power to these sensors. One way to resolve this problem is to use an energy harvester. The casing of a diesel engine generator typically vibrates in the frequency range from 10 Hz to 20 Hz. Among vibration energy harvester, Electromagnetic energy harvester is suited to low frequency range. Electromagnetic energy harvesters consist of magnetic source and coil that are determined by such parameters as the size, magnetization pattern, and the number of turns.
This paper performs an optimization for designing an electromagnetic vibration energy harvester within a limited volume and conditions. For this optimization, we compared with morphological of electromagnetic energy harvest. The result show that magnet of planar type and halbach array, stator yoke are suitable for inducing high voltage. In order to fast calculate the flux or induced voltage with respect to the size and position of magnet and coil, we needed mathematical modeling. So we used analytical method with current sheet equivalent and image method. The mathematical modeling is very accurate(maximum 1% mismatched with FEA).
Based on mathematical modeling, we established cost function of optimization and constraint condition with frequency of 10Hz and 3.7V Li-ion battery. We performed optimization about such parameter as the coil space and coil thickness, number of magnet. The optimization result of electromagnetic energy harvester show that coil space is 9.5mm and coil thickness is 9mm, number of magnet is 5. To validate the optimization, we implemented electromagnetic energy harvester. The result of experiment, open circuit voltage is about 3.1 times mismatched with optimization. The reason is that induced current is not considered and damping of prototype is not correct. So power is about 25% mismatched with optimization.

목차

목 차 ⅰ
List of Figures ⅲ
List of Tables ⅴ
Ⅰ. 서 론 1
1. 연구 배경 및 필요성 1
2. 국내외 연구동향 3
3. 연구 목표 및 내용 4
Ⅱ. 본 론 5
1. 전자기형 에너지 하베스터 5
1.1 기본 원리 5
1.2 전자기형 에너지 하베스터의 구조 6
2. 전자기형 에너지 하베스터의 형태적 비교 8
2.1 영구 자석의 형태 및 배열 8
2.2 유한요소해석을 이용한 비교 결과 11
3. 전자기형 에너지 하베스터의 수학적 모델링 15
3.1 등가전류판 방법 16
3.2 이미지 방법 19
3.3 유한요소해석 비교 및 검증 20
4. 전자기형 에너지 하베스터 최적 설계 및 결과 21
4.1 설계 요구 조건 21
4.2 매개 변수 설정 21
4.3 최적 설계 과정 및 결과 24
4.3.1 코일의 최적화 과정 24
4.3.2 영구 자석의 최적화 과정 27
4.3.3 전체 시스템의 최적 설계 결과 29
5. 시작품 제작 및 실험 30
5.1 진동자(Vibrator) 30
5.2 고정자(Stator) 31
5.3 시작품(Prototype) 32
5.4 실험 장치 구성 및 실험 방법 34
5.5 고유 주파수 측정 36
5.6 Open circuit voltage 측정 37
5.7 전자기형 에너지 하베스터 시작품의 최종 전력 41
Ⅲ. 결론 및 추후 과제 43
Ⅳ. 참고 문헌 45
ABSTRACT 47

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