Zmień rozmiar czcionki
Wersje kontrastowe

logo_pollub.png

Godło Polski

Prof. dr hab. inż.

Krzysztof Kęcik

WYDZIAŁ MECHANICZNY

Katedra Mechaniki Stosowanej

Katedra Mechaniki Stosowanej - Zakład Biomechaniki

M823

k.kecik@pollub.pl

wew. 4894

815384984

OPUS 18 (2020-2023), Narodowe Centrum Nauki (NCN). Umowa: UMO-2019/35/B/ST8/01068

Tytuł projektu: Teoretyczno-doświadczalna analiza możliwości definiowania charakteru sprzęgnięć elektromechanicznych w układach do odzyskiwania energii elektrycznej. 

Project title: Theoretical-experimental analysis possibility of electromechanical couplings shaping in energy harvesting systems.

Wykonawcy:

  1. dr hab. inż. Krzysztof Kęcik, (kierownik projektu)
  2. dr inż. Andrzej Mitura (wykonawca),
  3.  inż. Kacper Serwin (stypendysta)
  4. inż. Ewelina Stężycka (stypendystka)
  5. inż. Gabriela Ślusarska
  6. mgr inż. Arkadiusz Smagała
CHARAKTERYSTYKA PROJEKTU BADAWCZEGO
CEL i MOTYWACJA
Projekt badawczy dotyczy problemu sprzęgnięcia elektromechanicznego w układach składających się z różnych magnesów oraz cewek indukcyjnych stosowanych do odzyskiwania energii elektrycznej. W literaturze w tego typu układach sprzęgnięcia elektromechaniczne jest modelowane jako stały współczynnik wyznaczany dla konkretnych wartości parametrów. Podejście takie powoduje znaczne uproszczenie badań (redukowany jest stopień swobody), a sprzęgnięcie elektromechaniczne jest uwzględniane jako tzw. tłumienie elektryczne. Ponadto, w takim podejściu pomijany jest wpływ indukcyjności cewki. Podejście takie może prowadzić do błędnych wyników szczególnie dla większych oscylacji.
Głównym celem oraz nowością projektu badawczego będzie możliwość projektowania charakteru modelu sprzęgnięcia elektromechanicznego za pomocą odpowiedniego zaprojektowanego oscylującego magnesu, składającego się ze stosu mniejszych magnesów oraz materiałów obojętnie magnetycznych, oraz specjalnie zaprojektowanej cewki indukcyjnej ze zmienną indukcyjnością. Będą analizowane zarówno magnesy o konstrukcjach symetrycznych jak i niesymetrycznych. Przewiduje się, że odpowiednia konstrukcja oscylującego magnesu może znacznie zmienić model matematyczny współczynnika sprzęgnięcia, a także podwyższyć efektywność odzyskiwanej energii elektrycznej.
Drugim celem (nowością) projektu będzie opracowanie nowych nieliniowych modeli, które będą uwzględniały zarówno parametry elektryczne, jaki i konstrukcję układu elektromechanicznego. Badania wstępne wykazały, że położenie środka drgań magnesu w cewce ma znaczący wpływ na poziom odzyskanej energii elektrycznej. Opracowane modele sprzęgnięcia elektromechanicznego zostaną wykorzystane w badaniach dynamiki lewitującego magnesu (lub lewitujących magnesów) oraz wpływ na stopień odzyskanej energii elektrycznej. Proponowane w projekcie modele uwzględniają interakcję pomiędzy układami mechanicznymi oraz elektrycznymi. Dodatkowym nowym elementem w projekcie będzie analiza indukcyjności cewki zmienianej za pomocą wprowadzonego dodatkowego ferromagnetycznego rdzenia oraz kształt oscylującego magnesu (różny rozkład pól magnetycznych). Opracowane układy oraz modele sprzęgnięć elektromechanicznych zostaną zastosowane w układzie do redukcji drgań. Oczekuje się, że to podniesie efektywność odzyskiwania energii elektrycznej szczególnie w warunkach dynamicznej eliminacji drgań.

METODYKA BADAŃ
Zdobycie gruntownej wiedzy o zjawiskach występujących w układach elektromechanicznych wymaga połączenia metod z różnych dyscyplin naukowych, takich jak mechanika, elektronika czy mechatronika. Aby osiągnąć założone cele naukowe, opracowane zostaną nowe nieliniowe modele sprzęgnięć elektromechanicznych w różnych wariantach układu magnes-cewka. Projektowane będą różne warianty stosów lewitujących magnesów w specjalnym unikatowym zestawie cewek indukcyjnych (cewka indukcyjna będzie składać się z segmentów cewek), które będą mogły być łączone w różnych kombinacjach (szeregowo i równolegle). Opracowane modele sprzęgnięć zostaną wykorzystane w układach do odzyskiwania energii elektrycznej o jednym/dwu/trzech stopniach swobody, wykorzystujących zjawisko lewitacji magnetycznej. W projekcie będą wykonywane badania doświadczalne, badania numeryczne (klasyczna metoda całkowania, metoda elementów skończonych, metoda kontynuacji rozwiązania) oraz badania analityczne (np. metoda bilansu harmonicznych). Badania doświadczalne będą realizowane z pomocą wzbudnika, maszyny do badań
statycznych oraz zbudowanych układów do odzyskiwania energii elektrycznej. Zostanie opracowana nowatorska koncepcja pomiaru prędkości/przyspieszenia magnesu w cewce bazując na układach fotodiodowych. Klasyczny pomiar z wykorzystaniem czujnika lub kamer jest dość kłopotliwy, ponieważ magnes ,,chowa’’ się w cewce oraz jest zauważalny wpływ pola magnetycznych na czujniki. Ponadto zostanie opracowany i uwzględniony w badaniach model tarcia lewitującego magnesu wynikający z teorii Earnshaw'a. Tarcie to jest zmienne i bardzo mocno wpływa na dynamikę. Otrzymane wyniki będą stanowiły dodatkową wiedzę na temat interakcji pomiędzy układami mechanicznymi oraz elektrycznymi. Ponadto oszacują możliwość zwiększenia poziomu odzyskanej energii elektrycznej przy zachowaniu podobnej dynamiki drgań.
The paper prepaerd within the project has been selected as the Issue Cover for this issue.

    PUBLIKACJE W JOURNALACH (16)

    1. Kecik K., Mitura A. Nonlinear Dynamics of a 2DOF Magneto-Mechanical Harvester. Chapter 22, J. Awrejcewicz (ed.), Perspectives in Dynamical Systems I — Applications, Springer Proceedings in Mathematics & Statistics 453, https://doi.org/10.1007/978-3-031-56492-5_22.
    2. Kecik K. Experimental Energy Recovery from a Backpack Using Various Harvester Concepts. Advances in Science and Technology Research Journal 2024, 18(3), 67–78. https://doi.org/10.12913/22998624/185848 (MNiSW=100, IF=1.1).
    3. Mitura A., Kecik K. Energy recovery from a system with double magnet. Analytical approach. Archive of Mechanical Engineering, 1-13, 2024. https://10.24425/ame.2024.149185  (MNiSW=70, IF=0.7).
    4. Stezycka E., Kecik K. Badania numeryczne współczynnika sprzęgnięcia w elektromagnetycznym układzie do odzyskiwania energii elektrycznej. Innowacje techniczne i technologiczne w naukach inżynieryjnych. Redakcja: Kamil Maciąg, Iwona Domina, s. 23-32. Wydawnictwo Naukowe TYGIEL, ISBN 978-83-67881-18-0.
    5. Mitura A., Kecik K.Analitycal and numerical analysis of electromagnetic harvester witha a noninear coupling. Proceedings of the 29th International Congress on Sound and Vibration, p. 1-8. Edited by: Eleonora Carlett. ISSN 2329-3675, ISBN 978-80-11-03423-8. Published by: IIAV CZECH s.r.o.
    6. Kecik K., Stezycka E. Nonlinear Dynamics and Energy Harvesting of a two-degrees-of-freedom electromagnetic energy harvester near the primary and secondary resonances.Applied Sciences, 2023. https://doi.org/10.3390/app13137613 (MNiSW=100, IF=2.838).
    7. Mitura A., Kecik K. Investigation of electromechanical coupling characteristics of a double magnet system. Experimental Mechanics, Eds. Paweł Pyrzanowski, Mateusz Papis. Materials Research Proceedings, 30, 55-60 2023. https://doi.org/10.21741/9781644902578-8.
    8. Ślusarska G.,  Stężycka E., Kecik K. Odzyskiwanie energii elektrycznej z plecaka turystycznego. Automatyka przemysłowa i inżynieria w naukach technicznych – wybrane zagadnienia, Redakcja: Kozłowska J., Chodźko E. Wydawnictwo Naukowe TYGIEL, 156-164. ISBN 978-83-67104-59-3
    9. Kecik K. Modelling of Electromechanical Coupling Effects in Electromagnetic Energy Harvester, 1-8. Recent Trends in Wave Mechanics and Vibrations: Proceedings of WMVC 2022 1st ed. 2023. Edited by Tiago Silva, Edited by Z. Dimitrovova, R. Goncalves, P. Biswas, ISBN-10: 3031157575 , MNiSW=20, IF= 0.
    10. Serwin K., Kecik K. Analiza układu magnes -cewka z wykorzystaniem srodowiska Comsol-Multiphysics. Badania naukowe w ujęciu dyscyplinarnym. M. Drewniak, M. Ejdys, A. Ociepa-Kubicka. Wydawnictwo Naukowe Intellect, 2022. ISBN:978-83-67100-01-4 , MNiSW=20, IF= 0.
    11. Mitura A., Kecik K. Modeling and energy recovery from a system with two pseudo-levitating magnets. Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences, 2022, doi: 10.24425/bpasts.2022.141721 , (MNiSW=100. IF= 1.515).
    12. Kecik, K. Modification of Electromechanical Coupling in Electromagnetic Harvester. Energies 2022, 15, 4007. https://doi.org/10.3390/en15114007 ( MNISW=140, IF=3.004). 
    13. Kecik, K. Nonlinear Dynamics and Energy Recovery of a Vibration Absorber/Harvester System with an Adaptive Suspension , Journal of Vibration Engineering & Technologies, 2022,https://doi.org/10.1007/s42417-022-00536-6,     IF=1.889.
    14. Kecik K., Mitura A., Effect of variable friction on electromagnetic harvester dynamics. The European Physical Journal Special Topics,10.1140/epjs/s11734-022-00493-x .   IF=2.707.
    15. Kecik K., Smagala A. Influence of Linear and Nonlinear Electromechanical Couplings on Vibration Absorber–Harvester System.   In: Altenbach H., Amabili M., Mikhlin Y.V. (eds) Nonlinear Mechanics of Complex Structures. Advanced Structured Materials, Springer, vol 157. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-75890-5_10., MNiSW=20, IF= 0.
    16. Kecik K., Kowalczuk M. Effect of Nonlinear Electromechanical Coupling in Magnetic Levitation Energy Harvester. Energies. 14(9), 2715, 2021. https://www.mdpi.com/1996-1073/14/9/2715. MNiSW=140. IF=2.702.

    PUBLIKACJE W MATERIAŁACH KONFERENCYJNYCH (12)

    1. Kecik K., Mitura A. A comprehensive study on energy harvesting from nonlinear dynamical systems. Materiały konferencyjne. Dynamical Systems and Applications VI, DSA 2024, http://www.dsa.p.lodz.pl/abstracts/Kecik_DSA2024.pdf.
    2. Kecik K., Stezycka E., Lyubitska K. Design and optimization of electromechanical coupling in electromagnetic vibrational harvester. Book of Abstracts of the Third International Nonlinear Dynamics Conference, Rome, June 18-22, 2023, s. 492.
    3. Stęzycka E., Kecik K. Badania numeryczne współczynnika sprzęgnięcia w elektromagnetycznym układzie do odzyskiwania energii elektrycznej. Abstrakty. XV Interdyscyplinarna Konferencja Naukowa TYGIEL 2023, Interdyscyplinarność kluczem do rozwoju, 163, 2023.
    4. Mitura A., Kecik K. Experimental research of the influence of a coil shape on energy recovery. Book of Abstracts, 29th Symposium on Experimental Mechanica, s. 33, 2022.
    5. Mitura A., Kecik K. Research of electromechanical coupling in a system with two levitating magnets. Book of Abstracts, 29th Symposium on Experimental Mechanica, s. 34, 2022.
    6. Kecik K., Serwin K.  Energy harvesting and vibration control using adaptive suspension of a pendulum tuned mass damper.7th European Conference on Structural Control Book of Abstracts and Selected Papers. Editors: Jan Holnicki-Szulc, David Wagg and Łukasz Jankowski . Co-editors: Bartłomiej Błachowski and Piotr Tauzowski, Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences, Warszawa 2022.
    7. Slusarska G., Stęzycka E., Kęcik K.XIV Interdyscyplinarna Konferencja Naukowa TYGIEL 2022 „Interdyscyplinarność kluczem do rozwoju” Abstrakty. Redakcja: P.  Pomajda, M. Maciąg, K. Maciąg, s. 184-85.  ISBN 978-83-67194-30-3.
    8. Kecik K., Mitura A. Modelling of an Electromechanical Coupling in Magnetic Levitation Energy Harvester, 388-389, 2021. 16th Conference on DYNAMICAL SYSTEMS Theory and Applications DSTA 2021, Abstracts, Editors: J. Awrejcewicz, M. Kaźmierczak, J. Mrozowski, P. Olejnik. ISBN 978–83–66741–20–1. DOI 10.34658/9788366741201.
    9. Kecik K., Mitura A. Nonlinear Dynamics of a 2DOF Magneto-Mechanical Harvester, 390-391, 2021. 16th Conference on DYNAMICAL SYSTEMS Theory and Applications DSTA 2021, Abstracts, Editors: J. Awrejcewicz, M. Kaźmierczak, J. Mrozowski, P. Olejnik. ISBN 978–83–66741–20–1. DOI 10.34658/9788366741201.
    10. Mitura A., Kecik K.Energy recovery from system with two pseudo-levitating magnets. Abstrakty,VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa. Innowacje w Praktyce., 96,2021.
    11. Kecik K., Mitura A. Effect of Linear and Non-linear Electromechanical Coupling in Magnetic Levitation Energy Harvester. NDYCON2021 Second International Nonlinear Dynamics Conference.  Bookof Abstracts. Edited by W. Lacarbonara, A. Arena, V. Settimi, G. Quartana, 318, 2021.
    12. Kecik K., Mitura A. Role of Electromechanical Coupling in the Vibration Absorber/Harvester System. Book of Abstracts. International Conference on Engineering Vibration.  Euler  Session, 3, 2020.

    REFERATY KONFERENCYJNE (17)

    1. Lodz, Poland, 26-28 June 2024. Dynamical Systems and Applications VI, DSA 2024. In honor of Prof. Avner Friedman on his 90th birthday. Plenary talk: A comprehensive study on energy harvesting from nonlinear dynamical systems. 
    2. Pragua, Czech Republic, July 9-13, 2023. The International Congress on Sound and Vibration.  Praca: Analitycal and numerical analysis of electro-magnetic harvester with a nonlinear coupling.
    3. Roma, Italy, 18-22 June, 2023. Third International Nonlinear Dynamics Conference (NODYCON 2023). Presentation:  Design and Optimization of Electromechanical Coupling in Electromagnetic Vibrational Harvester.
    4. Doha, Qatar, July 4 - 6, 2022. 5-9 February. 15th International Conference on Vibration Problems (ICOVP 2023). Presentation:  Nonlinear dynamics of a vibrational absorber/harvester system with semi-active suspension.
    5. Lublin, Polska, 23-26 marze 2023. XV Interdyscyplinarnej Konferencji Naukowej TYGIEL 2023. Interdyscyplinarność kluczem do rozwoju. Praca: Badania numeryczne współczynnika sprzęgnięcia w elektromagnetycznym układzie do odzyskiwania energii elektrycznej.
    6. Lisbon, Portugal, July 4 - 6, 2022, 10th International Conference on Wave Mechanics and Vibrations (WMVC 2022), Presentation: Modelling of electromechanical coupling effects in electromagnetic energy harvester.
    7. 7th European Conference on Structural Control (EACS 2022), July 10TH TO 13TH 2022 – WARSAW, POLAND. Presentation:Energy harvesting and vibration control using adaptive suspension of a pendulum tuned mass damper .
    8. Ogólnopolska Konferencja Naukowa, Ludzie Nauki Prezentacja Tematyki Badawczej lub Przeglądowej, cz 23. 28 May  2022, Warsaw, Poland. Presentation: Analiza ukłądu magnes-cewka  z wykorzystaniem środowiska Comsol Multiphysics.
    9. XIV Interdyscyplinarna Konferencja Naukowa TYGIEL 2022 “Interdyscyplinarność kluczem do rozwoju” (Lublin/online). Praca (wygłoszony referat): Odzyskiwanie energii elektrycznej z plecaka turystycznego.
    10. 16th International Conference Dynamical Systems Theory and Applications (On-line), December 6-9, 2021, Łódź, Poland. Presentation: Modelling of electromechanical coupling in magnetic levitation harvesters. 
    11. 16th International Conference Dynamical Systems Theory and Applications (On-line), December 6-9, 2021, Łódź, Poland. Presentation: Nonlinear dynamics of a 2DOF magneto-mechanical harvester.
    12. VIII National Scientific Conference Innovation in Practice (CINE 2021), Lublin, Poland, 14.10.2021.  Presentation: Energy recovery from a system with two pseudo-levitaiting magnets.
    13. Virtual Conference ( ICAEHT 2021), 18-20 March 2021. International Conference on Advances in Energy Harvesting Technology (virtual mode). Presentation: How friction influences energy recovery in a magnetic levitation harvester. 
    14. Virtual Conference ( ICAEHT 2021), 18-20 March 2021. International Conference on Advances in Energy Harvesting Technology (virtual mode). Presentation: Nonlinear dynamics of a magneto-mechanical system with two degrees of freedom.
    15. Virtual Conferenc, 16-19 Feburary 2021, Roma, Italy. Second International Nonlinear Dynamics Conference . Presentation: Effect of Linear and Non-linear Electromechanical Coupling in Magnetic Levitation Energy Harvester.
    16. Web Conferenc (eICoEV), 14-16 December 2020, Aberdeen, Scotland, UK, 2020. International Conference on Engineering Vibration  Aberdeen, Scotland, UK. Presentation: Role of electromechanical coupling in the vibration absorber/harvester system.
    17. Ehdialog. Webminarium on energy harvesting, International panel meeting on energy harvesting, 30 September, 2020. Presentation: Nonlinear Dynamics of an Absorber/Harvester System.

    PRACE DYPLOMOWE

    • Praca magisterska, 2024. Odzyskiwanie energii elektrycznej z elektromagnetycznego układu o dwóch stopniach swobody
    • Praca magisterska, 2024. (wyróżnienie) Modyfikacja współczynnika sprzęgnięcia w układzie do odzyskiwania energii elektrycznej
    • Praca magisterska, 2022. Analiza układu magnes-cewka z wykorzystaniem środowiska Comsol Multiphysics.
    • Praca inżynierska, 2022. (wyróżnienie). Wpływ sprzęgnięcia elektromechanicznego na odzyskiwanie energii w układzie z mechanicznym z magnesem.
    • Praca inżynierska, 2022. Odzyskiwanie energii elektrycznej z układu elektromagnetycznego podczas chodu i biegu człowieka.

    PATENTY

    • Patent na wynalazek: Urządzenie do pomiaru sił magnetycznych zwłaszcza pomiędzy magnesami cylindrycznymi. Krzysztof Kęcik, Andrzej Mitura, Nr patentu B1 241708; Nr zgłoszenia patentowego A1 438043 // Wiadomości Urzędu Patentowego, 2022, nr 48, s. 8. [MNiSW: 75].
    • Zgłoszenie patentowe: Urządzenie do pomiaru sił magnetycznych zwłaszcza pomiędzy magnesami cylindrycznymi.  Krzysztof Kęcik, Andrzej Mitura, Nr zgłoszenia patentowego P.438043. Biuletyn Urzędu Patentowego: Wynalazki i Wzory użytkowe, str. 30, 34/2021.

    Drukuj

    fundusze.png

    Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego, Program Operacyjny Wiedza Edukacja Rozwój 2014-2020 "PL2022 - Zintegrowany Program Rozwoju Politechniki Lubelskiej" POWR.03.05.00-00-Z036/17