磁力調(diào)頻壓電電磁復(fù)合寬頻發(fā)電技術(shù)研究.pdf

1、近年來無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、MEMS傳感器、便攜式智能設(shè)備等低功耗電子元器件正趨向微型集成化發(fā)展，無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量多分布廣、工作環(huán)境多樣維護(hù)困難，嵌入式微傳感器更換電池程序繁瑣，研制自供能系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)電源供能障礙突破。環(huán)境振動能量采集器性能穩(wěn)定持久、結(jié)構(gòu)緊湊集成度高和清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，有望作為新型微電源替代傳統(tǒng)電化學(xué)電池。
　　本文解釋了各類環(huán)境能量收集技術(shù)工作機(jī)理，重點(diǎn)介紹了國內(nèi)外學(xué)者對于多形式能量采集裝置的研究進(jìn)展?，F(xiàn)

2、實(shí)環(huán)境多表現(xiàn)為頻率低、頻域廣、振源幅值小且多方向性等隨機(jī)振動特點(diǎn)，當(dāng)前研究的發(fā)電裝置主要表現(xiàn)為固定頻率形式收集能量，受激勵環(huán)境頻變干擾僅在諧振狀態(tài)高效輸出電能。研究了發(fā)電系統(tǒng)拾振結(jié)構(gòu)的懸臂梁剛度和有效振動質(zhì)量是改變裝置諧振頻率重要因素，拓寬能量采集諧振頻帶匹配低寬頻振動環(huán)境將有效提高能量轉(zhuǎn)換效率。
　　首先運(yùn)用數(shù)值方法建立磁力調(diào)頻壓電電磁復(fù)合寬頻發(fā)電系統(tǒng)物理模型，為提高能量轉(zhuǎn)換效率采用磁鐵間相互作用磁力調(diào)節(jié)懸臂梁剛度,實(shí)現(xiàn)發(fā)電裝置

3、固有頻率與環(huán)境激振頻率相匹配。未施加磁力調(diào)節(jié)時，環(huán)境振動頻率偏離發(fā)電系統(tǒng)固有頻率47Hz時輸出功率迅速降低；施加磁力調(diào)頻后，發(fā)電系統(tǒng)諧振頻率拓寬范圍42~51Hz，輸出峰值功率6~10mW。然后利用ANSYS和Ansoft Maxwell有限元分析軟件分別對壓電和電磁發(fā)電系統(tǒng)輸出特性仿真計(jì)算，最后搭建實(shí)驗(yàn)平臺測試發(fā)電裝置在磁力調(diào)頻過程中的輸出特性。在0.4g激勵加速度下，壓電發(fā)電系統(tǒng)在諧振頻率54Hz（仿真結(jié)果64Hz）時輸出峰值開路電

4、壓5.5V（仿真結(jié)果5.1V），電磁發(fā)電系統(tǒng)在諧振頻率76Hz（仿真結(jié)果64Hz）時輸出峰值開路電壓峰值410mV（仿真結(jié)果350mV）。實(shí)驗(yàn)測試發(fā)電裝置在諧振頻率60Hz時輸出峰值開路電壓5.8V，施加磁力拓寬裝置能量收集諧振頻帶時，豎直方向上下移動壓電懸臂梁0~15mm，裝置諧振頻率調(diào)節(jié)范圍45~76Hz，拓寬諧振頻帶31Hz；水平方向平移懸臂梁0~30mm，諧振頻率調(diào)節(jié)范圍51~70Hz，拓寬諧振頻帶19Hz。
　　通過以上