来源:Nano Research Energy 发布时间:2023/5/13 11:51:22
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重庆大学郭恒宇教授:新技术革新机械传动—自供电软启动器

2023年4月23日,重庆大学郭恒宇教授、重庆师范大学陈杰博士、新加坡国立大学吴昌盛教授在清华大学出版的高起点新刊Nano Research Energy上发表题为“Realizing self-powered mechanical transmission control system via triboelectric nanogenerator and electrorheological fluid composed soft starter”的最新研究成果。

软启动器通过限制冲击机械荷载常被用于电机控制,以及实现其平稳启动。任何电机在直接启动时都会产生很大的电流,造成巨大的机械冲击,影响电机本身和连接到机械系统的其他设备。因此,需要对电机的启动程序进行管理,这就促进了软启动器的发展,主要包括电子式、磁控式液粘式技术。它们都是采用主动控制系统来获得软启动的功能,这些主动控制系统由传感、控制元件和电源组成,给系统的可操作性和可集成性带来很大的困难,严重限制了其应用的多样性。此外,复杂的控制电路也给软启动器带来安全隐患和高能耗。因此,开发一种自供电、高集成度的软启动系统来解决能源和控制问题,不仅拓展了新的研究领域,而且有很大的实用价值。

图1. 一种自供电摩擦电软启动器(TSS)的设计与机理。不需要复杂的控制元件、传感器和外部电源,TSS通过TENG的转速自发调节软启动器的扭矩,为电机提供过载保护,实现机械系统的安全启动。

针对以上问题,郭恒宇教授团队报告了一种由摩擦纳米发电机(TENG)和电流变液(ERF)耦合的摩擦电软启动器(TSS),如图1所示。对TSS的结构、调节机制和性能进行了系统的研究和分析。由于加载在软启动器上的电场取决于TENG的速度,因此可以根据TENG的速度来调整扭矩和传输速度。在本工作中,通过调节TENG的转速实现了从0到100%的传动速度。此外,与没有挡板的装置(18.5 mN·m)相比,优化挡板结构使TSS的传输扭矩可以提升到132.3 mN·m。最后,成功展示了一个自供电的机械传动系统,其中TSS能使高速电机平稳启动。相反,直接启动则会导致传送带的断裂。这项工作为实现自供电和易于调整的软启动系统提供了一种新的策略,预计将在广泛的机械领域得到深入应用。

论文信息:

Sun J, Li J, Huang Y, et al. Realizing self-powered mechanical transmission control system via triboelectric nanogenerator and electrorheological fluid composed soft starter. Nano Research Energy, 2023, https://doi.org/10.26599/NRE.2023.9120066

DOI:10.26599/NRE.2023.9120066

Nano Research Energy 是Nano Research姊妹刊,(ISSN: 2791-0091; e-ISSN: 2790-8119; 官网: https://www.sciopen.com/journal/2790-8119)于2022年6月创刊,由清华大学曲良体教授和香港城市大学支春义教授共同担任主编。Nano Research Energy是一本国际化的多学科交叉,全英文开放获取期刊,聚焦纳米材料和纳米科学技术在新型能源相关领域的前沿研究与应用,对标国际顶级能源期刊,致力于发表高水平的原创性研究和综述类论文,已入选2022年度中国科技期刊卓越行动计划——高起点新刊项目。2025年之前免收APC费用,欢迎各位老师踊跃投稿。

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