Ph. D., D. Sc., Eng.
Krzysztof Kecik

k.kecik@pollub.pl



Materiały do pobrania | Narodowe Centrum Nauki



Projekt NCN OPUS 18 (2020-2023): ''Teoretyczno-doświadczalna analiza możliwości definiowania charakteru sprzęgnięć elektromechanicznych w układach do odzyskiwania energii elektrycznej''. 
Project:  2019/35/B/ST8/01068
Umowa: UMO-2019/35/B/ST8/01068
 


Wykonawcy:


Opis projektu badawczego:
CEI 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 dodatkowa wiedzę na temat interakcji pomiędzy układami mechanicznymi oraz elektrycznymi. Ponadto oszacują możliwość zwiększenia poziomu odzyskanej energii elektrycznej przy zachowaniu podobnej dynamiki drgań.


Publikacje w journalach (10)
  1. 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
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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).
  5. ecik, K. Modification of Electromechanical Coupling in Electromagnetic Harvester. Energies 2022, 15, 4007. https://doi.org/10.3390/en15114007 ( MNISW=140, IF=3.004). 
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. Kecik K. Simultaneous Vibration Mitigation and Energy Harvesting from a Pendulum-Type Absorber. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation. MNiSW=100, IF= 4.115.




Publikacje w mat. konferencyjnych (11)
  1. 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.
    # 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. 
  2. Kecik K., Serwin K.  Energy harvesting and vibration control using adaptive suspension of a pendulm 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.
  3. 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.
  4. 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. 
  5. 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.
  6. Mitura A., Kecik K.Energy recovery from system with two pseudo-levitating magnets. Abstrakty,VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa. Innowacje w Praktyce., 96,2021.
  7. Kecik  K., Mitura A. How friction influences energy recovery in a magnetic levitation harvester. Book of abstracts. Indo-Polish Conference on Advenced in Eergy Harvesting Technology. Edited by:  Pradeep V. Malaji, Session: Energy Harvesting & Vibration Control in Mechanical Systems,  Abstract no. 8. 5, 2021.
  8. Mitura A., Kecik  K. Nonlinear dynamics of a magneto-mechanical system with two degrees of freedom. Book of abstracts. Indo-Polish Conference on Advenced in Eergy Harvesting Technology. Edited by: Pradeep V. Malaji, Session: Nonlinear Effects in Energy Harvesting.  Abstract no. 47. 23, 2021.
  9. Kecik K., Mitura A. Effect of Linear and Non-linear Electromechanical Coupling in Magnetic Levitation Energy Harvester. NDYCON2021 Scond International Nonlinear Dynamics Conference.  Bookof Abstracts. Edited by W. Lacarbonara, A. Arena, V. Settimi, G. Quartana, 318, 2021.
  10. 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, prezentacje (14)

  1. XXIX Sympozjum Mechaniki Eksperymentalnej imienia prof. Jacka Stupnickiego. 19-22 października 2022. Warszawa. Poland.
    Praca (współautor prezentacji):  Research of Electromechanical Coupling in a System with Two Levitating Magnets
  2. XXIX Sympozjum Mechaniki Eksperymentalnej imienia prof. Jacka Stupnickiego. 19-22 października 2022. Warszawa. Poland. Praca (współautor prezentacji):  Experimental Research Of The Influence Of A Coil Shape On Energy Recoverya
  3. 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.
  4. 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 .
  5. 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.
  6. XIV Interdyscyplinarna Konferencja Naukowa TYGIEL 2022 “Interdyscyplinarność kluczem do rozwoju” (Lublin/online). Praca (wygłoszony referat): Odzyskiwanie energii elektrycznej z plecaka turystycznego.
  7. 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. 
  8. 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.
  9. 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..

  10. 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. 
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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.
  14. Ehdialog. Webminarium on energy harvesting, International panel meeting on energy harvesting, 30 September, 2020. Presentation: Nonlinear Dynamics of an Absorber/Harvester System.


Patenty (2)
  1. Patent na wynalazek: Urządzenie do pomiaru sił magnetycznych zwłaszcza pomiędzy magnesami cylindrycznymi. Krzysztof Kęcik, Andrzej Mitura, Nr patentu …….. Wiadomości Urzędu Patentowego, ………………. (MNiSW: 75)
  2. 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.



Prace dyplomowe (3)

  1. Kacper Serwin, Praca magisterska, 2022, Analiza układu magnes-cewka z wykorzystaniem środowiska Comsol Multiphysics.

  2. Ewelina Stężycka, Praca inżynierska, 2022. (wyróżnienie). Wpływ sprzęgnięcia elektromechanicznego na odzyskiwanie energii w układzie z mechanicznym z magnesem.

  3. Gabriela Ślusarska, Praca inżynierska, 2022. Odzyskiwanie energii elektrycznej z układu elektromagnetycznego podczas chodu i biegu człowieka.