電磁式低頻振動能量收集裝置的設(shè)計與研究.pdf

1、自然界中振動無處不在，但是其振動產(chǎn)生的能量往往消耗于減震器等設(shè)備，或者被直接被忽略。如果把它們收集起來并轉(zhuǎn)換為電能，替代化學(xué)電池為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或者物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點等低功耗設(shè)備供電，不僅能延長上述節(jié)點的使用壽命，而且能減少化學(xué)電池帶來的環(huán)境污染。因此振動能量收集裝置成為國內(nèi)外廣泛關(guān)注的研究熱點之一。
　　本文針對低頻振動條件，設(shè)計并提出了兩種新型的振動能量收集裝置，該裝置形成閉合磁路，大幅度提高了能量獲取能力;同時利用多齒結(jié)構(gòu)，提高

2、裝置中線圈磁場變化的頻率，使其適應(yīng)于低頻振動環(huán)境。本文的主要工作內(nèi)容及成果如下:
　　1.查找大量文獻(xiàn)，對振動能量收集裝置的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進(jìn)行了詳細(xì)分析和歸納總結(jié)，查找了現(xiàn)有大多數(shù)裝置發(fā)電效率偏低的原因。依據(jù)新的工作原理，在振動能量收集裝置中引進(jìn)閉合磁路和多齒結(jié)構(gòu)，設(shè)計了兩種高效的、可工作在低頻振動的環(huán)境下的振動能量收集裝置。
　　2.結(jié)合本文提出的兩種裝置的結(jié)構(gòu)，詳細(xì)分析了它們的工作原理，并就裝置所涉及的基本理論作了充

3、分闡述。
　　3.利用Maxwell有限元分析軟件對裝置進(jìn)行的仿真和優(yōu)化。在Maxwell靜態(tài)仿真中，通過對比不同銜鐵高度、不同空氣隙寬度、不同軟磁材料在磁導(dǎo)率時的靜態(tài)仿真結(jié)果，優(yōu)化了裝置的結(jié)構(gòu)和尺寸;在Maxwell瞬態(tài)仿真中，模擬了裝置在1000匝線圈時的空載感應(yīng)電動勢，并在此基礎(chǔ)上計算了裝置在不同的線圈匝數(shù)時線圈的感應(yīng)電動勢以及負(fù)載能達(dá)到的最大有效功率。確定當(dāng)振動頻率為1Hz時，線圈空載感應(yīng)電動勢可達(dá)0.3～6.5V，負(fù)載能