一種微型電磁式振動(dòng)能量收集器的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、隨著MEMS技術(shù)的深入發(fā)展，傳統(tǒng)的微能源已經(jīng)無(wú)法滿足MEMS器件發(fā)展的需要，如何為這些器件供電成為亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。作為一種能夠自發(fā)電的微能源，振動(dòng)能量收集器可以將環(huán)境中的振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，從而為低功耗的MEMS器件供電，因此，這一技術(shù)正受到越來(lái)越多的科研院所的關(guān)注。
　　本文針對(duì)低頻振動(dòng)環(huán)境，在分析國(guó)內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種微型電磁式振動(dòng)能量收集器，根據(jù)機(jī)械振動(dòng)理論和電磁理論建立電磁式振動(dòng)能量收集器物理模型，采用ANS

2、YS Workbench有限元仿真軟件分析振動(dòng)能量收集器的振動(dòng)特性，并結(jié)合理論計(jì)算分析了振動(dòng)能量收集器的電學(xué)特性。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、微型電磁式振動(dòng)能量收集器的研究現(xiàn)狀。本文全面闡述了微能源的研究現(xiàn)狀，分析了微能源發(fā)展存在的問(wèn)題，指出一條可行的方向是發(fā)展振動(dòng)能量收集器，比較了靜電式、壓電式和電磁式三種振動(dòng)能量收集器的工作原理和研究現(xiàn)狀，認(rèn)為電磁式是在低頻環(huán)境下最有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)之一。本文闡述了電磁式振動(dòng)能量收集器在國(guó)

3、內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，分析了研究中存在的問(wèn)題，最后提出了微型電磁式振動(dòng)能量收集器的發(fā)展方向。
　　2、電磁式振動(dòng)能量收集器物理模型的建立與理論分析?；跈C(jī)械振動(dòng)理論和電磁理論，本文討論了振動(dòng)能量收集器的振動(dòng)特性和電磁特性，為電磁式振動(dòng)能量收集器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
　　3、微型電磁式振動(dòng)能量收集器設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)了一種微型電磁式振動(dòng)能量收集器，該器件采用動(dòng)鐵型結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)的獨(dú)特之處包括階梯型銅線圈、四螺旋形彈簧梁、圓柱形永磁體和鍍

4、鎳框體和基底形成的封閉式磁路。闡述了該器件的組成和設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)、工作原理以及LIGA技術(shù)制作器件的加工工藝。
　　4、微型電磁式振動(dòng)能量器的設(shè)計(jì)優(yōu)化。本文采用ANSYS Workbench有限元分析軟件研究能量收集系統(tǒng)的振動(dòng)特性，并對(duì)能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)進(jìn)行了三維靜磁場(chǎng)仿真分析，通過(guò)一系列的分析給出振動(dòng)能量收集器感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和最大有效功率的大小，分析了平面彈簧梁的寬度、厚度、間距、永磁體質(zhì)量等參數(shù)對(duì)彈簧梁的形變、應(yīng)力、彈性系數(shù)、振子共振頻率、