В данной статье рассматривается актуальная проблема обеспечения долговечного и автономного энергоснабжения узлов беспроводных сенсорных сетей, применяемых в машиностроении. Авторы проводят критический анализ традиционных химических источников питания и их ограниченный ресурс, который препятствует длительной и безотказной работе сенсоров. В качестве перспективной альтернативы обосновывается применение технологий сбора энергии из окружающей среды, позволяющих преобразовывать такие возобновляемые источники, как вибрации, температурные градиенты и кинетическая энергия воздушных потоков, в электрическую. Основной целью работы является выбор конструкции устройства для обеспечения бесперебойного питания узлов беспроводной сенсорной сети в машиностроении. Результатом исследования является конструкция линейного электрического генератора с электромагнитным регулятором воздушного зазора, которая позволяет динамически адаптировать выходные параметры генератора к изменяющейся нагрузке, поддерживая стабильное напряжение и высокую эффективность в широком диапазоне условий. В работе представлен макет вибрационного генератора, подтвердивший его практическую применимость. Дополнительно проведенный анализ энергопотребления типового сенсорного узла демонстрирует, что оптимизация рабочих циклов позволяет снизить средний потребляемый ток с 30 до 0,3 миллиампера, что кардинально увеличивает срок автономной работы. Таким образом, работа вносит значительный вклад в развитие энергоэффективных и адаптивных систем питания, открывая перспективы для широкомасштабного внедрения беспроводных сенсорных сетей в современные интеллектуальные производственные системы.
This article addresses the pressing issue of providing a long-lasting and autonomous power supply for wireless sensor network nodes used in mechanical engineering. The authors critically analyze traditional chemical power sources and their limited lifespan, which hinders the long-term and trouble-free operation of sensors. Environmental energy harvesting technologies are substantiated as a promising alternative, enabling the conversion of renewable energy sources such as vibrations, temperature gradients, and the kinetic energy of air currents into electrical energy. The primary objective of this study is to design a device for providing uninterruptible power to wireless sensor network nodes in mechanical engineering. The result of this study is the design of a linear electric generator with an electromagnetic air gap regulator, which enables dynamic adaptation of the generator’s output parameters to changing loads, maintaining stable voltage and high efficiency over a wide range of conditions. A prototype of a vibration generator is presented, confirming its practical applicability. An additional analysis of the power consumption of a typical sensor node demonstrates that optimizing duty cycles reduces the average current consumption from 30 milliamps to 0.3 milliamps, dramatically increasing battery life. Thus, this work significantly contributes to the development of energy-efficient and adaptive power systems, opening up prospects for the large-scale implementation of wireless sensor networks in modern intelligent manufacturing systems.
1. Баль В.Б., Аунг М.Т. Проектирование вентильно-индукторных генераторов: машинная постоянная и выбор главных размеров // Вестник Московского энергетического института. Вестник МЭИ. 2018. № 3. С. 60–65. URL: https://vestnik.mpei.ru/index.php/vestnik/article/view/292 (дата обращения: 18.12.2025). DOI: 10.24160/1993-6982-2018-3-60-65.
2. Каунг Мьят Хту, Довгаль В.М. К вопросу построения конечно-элементной модели вибрационного микрогенератора // Научные ведомости Серия: Экономика. Информатика. 2019. Т. 46. № 1. С. 99–107. DOI: 10.18413/2411-3808-2019-46-1-99-107.
3. Духанин В.И., Кецарис А.А. Анализ рабочего процесса линейного генератора с возвратно-поступательным движением // Известия МГТУ МАМИ. 2012. Т. 1. № 2 (14). С. 104–110. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=18775759&ysclid=mi4ym2g34s26988723 (дата обращения: 20.12.2025).
4. Федий К.С., Спирин Е.А., Полошков Н.Е. Исследование динамики электрических процессов вентильного генератора в Simulink // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. 2020. Т. 13. № 2. С. 156–161. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-dinamiki-elektricheskih-protsessov-ventilnogo-generatora-v-simulink?ysclid=mi4yn26ovr554548764 (дата обращения: 11.12.2025). DOI: 10.17516/1999-494X-0212.
5. Мохсен М.Н., Богуславский И.В. Модель энергопотребления узлов беспроводной сети датчиков для увеличения времени автономной работы сети // Вестник Донского государственного технического университета. 2014. Т. 14. № 3 (78). С. 37–44. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/model-energopotrebleniya-uzlov-besprovodnoy-seti-datchikov-dlya-uvelicheniya-vremeni-avtonomnoy-raboty-seti?ysclid=mi4yo0qsco33808433 (дата обращения: 18.12.2025). DOI: 10.12737/5700.
6. Коськин А.В., Федоров В.И., Джаббар Ясир Я.М., Алгазали С. Энергосберегающий метод управления формированием передаваемых сигналов в беспроводной сенсорной сети // Экономика. Информатика. 2023. Т. 50. № 4. С. 901–912. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/energosberegayuschiy-metod-upravleniya-formirovaniem-peredavaemyh-signalov-v-besprovodnoy-sensornoy-seti?ysclid=mi4yolkw8r636373685 (дата обращения: 11.12.2025). DOI: 10.52575/2712-746X-2023-50-4-901-912.
7. Менжинский А.Б., Малашин А.Н., Суходолов Ю.В. Разработка и анализ математических моделей генераторов линейного и возвратно-поступательного типов с электромагнитным возбуждением // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2018. Т. 61. № 2. С. 118–128. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/razrabotka-i-analiz-matematicheskih-modeley-generatorov-lineynogo-i-vozvratno-postupatelnogo-tipov-s-elektromagnitnym-vozbuzhdeniem?ysclid=mi4yp73cvy839986703 (дата обращения: 13.12.2025). DOI: 10.21122/1029-7448-2018-61-2-118-128.
8. Ясир М.Д.Я., Польщиков К.А., Маматов Е.М. Имитационная модель функционирования беспроводной сети с низким энергопотреблением // Экономика. Информатика. 2023. Т. 50. № 3. С. 645–654. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/imitatsionnaya-model-funktsionirovaniya-besprovodnoy-seti-s-nizkim-energopotrebleniem?ysclid=mi4yqqh8uj791026565 (дата обращения: 18.12.2025). DOI: 10.52575/2687-0932-2023-50-3-645-654.
9. Ясир М.Д.Я., Польщиков К.А., Федоров В.И. Модель доставки сообщения в сенсорной сети с низким энергопотреблением // Экономика. Информатика. 2023. Т. 50. № 2. С. 439–447. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/model-dostavki-soobscheniya-v-sensornoy-seti-s-nizkim-energopotrebleniem?ysclid=mi4yrhawi2160077281 (дата обращения: 22.12.2025). DOI: 10.52575/2687-0932-2023-50-2-439-447.
10. Афонин А.Н., Хту Каунг Мьят, Федоров В.И., Коськин А.В. Линейный электрический генератор с регулируемым воздушным зазором // Научно-технический вестник Поволжья. 2023. № 9. С. 144–147. URL: https://ntvprt.ru/ru/archive-vypuskov (дата обращения: 12.12.2025).
11. Муравьев К.А., Алябьев И.О., Синютина Д.С., Шушуев А.И. Алгоритмическое проектирование беспроводных сенсорных сетей // Надежность и качество сложных систем. 2020. № 4 (32). С. 79–89. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/algoritmicheskoe-proektirovanie-besprovodnyh-sensornyh-setey?ysclid=mi4yx7o4mj907130701 (дата обращения: 18.12.2025). DOI: 10.21685/2307-4205-2020-4-9.
12. Gasparjans A., Hramcova M., Terebkov A., Zhiravetska A. Wind power inductor generator with electromagnetic regulation of air gap for alternative power engineering // Engineering for rural development, 2015. P. 396–401. URL: https://www.researchgate.net/publication/282923059_Wind_power_inductor_generator_with_electromagnetic_regulation_of_air_gap_for_alternative_power_engineering (дата обращения: 22.12.2025).
13. Каунг Мьят Хту. Анализ выходных характеристик вибрационного микрогенератора автономной системы электроснабжения маломощных потребителей в режиме холостого хода // Инновационная наука. 2019. № 3. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-vyhodnyh-harakteristik-vibratsionnogo-mikrogeneratora-avtonomnoy-sistemy-elektrosnabzheniya-malomoschnyh-potrebiteley-v (дата обращения: 18.11.2025).
14. Каунг Мьят Хту, Кудинов В.А. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 20192019616150 «Управляющая программа для вибрационного микрогенератора автономной системы электроснабжения маломощных объектов», заявл. 07.05.2019; опубл. 17.05.2019. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=39315322 (дата обращения: 12.12.2025).
15. Крамаров А.С., Нгуен Ф.Т., Медведев В.В., Батищев Д.В. О методике оптимального проектирования линейного электрического генератора с постоянными магнитами // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2019. Т. 62. № 1. С. 44–51. URL: https://elektromekhanika.npitu.ru/index.php/electromeh/ru/article/view/1991?ysclid=mi4yzqvwv8352649187 (дата обращения: 21.12.2025). DOI: 10.17213/0136-3360-2019-1-44-51.