電磁式低頻振動能量收集裝置的設計與研究.pdf

1、自然界中振動無處不在，但是其振動產生的能量往往消耗于減震器等設備，或者被直接被忽略。如果把它們收集起來并轉換為電能，替代化學電池為無線傳感器網絡節(jié)點或者物聯(lián)網節(jié)點等低功耗設備供電，不僅能延長上述節(jié)點的使用壽命，而且能減少化學電池帶來的環(huán)境污染。因此振動能量收集裝置成為國內外廣泛關注的研究熱點之一。
　　本文針對低頻振動條件，設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;同時利用多齒結構，提高

2、裝置中線圈磁場變化的頻率，使其適應于低頻振動環(huán)境。本文的主要工作內容及成果如下:
　　1.查找大量文獻，對振動能量收集裝置的研究現狀和發(fā)展趨勢進行了詳細分析和歸納總結，查找了現有大多數裝置發(fā)電效率偏低的原因。依據新的工作原理，在振動能量收集裝置中引進閉合磁路和多齒結構，設計了兩種高效的、可工作在低頻振動的環(huán)境下的振動能量收集裝置。
　　2.結合本文提出的兩種裝置的結構，詳細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率時的靜態(tài)仿真結果，優(yōu)化了裝置的結構和尺寸;在Maxwell瞬態(tài)仿真中，模擬了裝置在1000匝線圈時的空載感應電動勢，并在此基礎上計算了裝置在不同的線圈匝數時線圈的感應電動勢以及負載能達到的最大有效功率。確定當振動頻率為1Hz時，線圈空載感應電動勢可達0.3～6.5V，負載能