新型電磁型振動能量收集裝置的設計與研究.pdf

1、目前，無線傳感器網絡的發(fā)展方向是利用微機電、微無線通信技術，設計體積小、壽命長、功耗低的傳感器節(jié)點。然而，尺寸的壓縮提高了結構的整體性要求，在一些特殊場合，傳感器節(jié)點的供電電源無法實現更換。因此，尋找一種更方便、有效、安全的微型儲能器件代替?zhèn)鹘y電池，成為近年來研究的熱點話題。環(huán)境中能量無處不在，太陽能、風能、潮汐能、機械振動能等等。從環(huán)境中收集能量可以有效的解決無線傳感器節(jié)點的供電問題。
　　根據實際工作環(huán)境的特點，結合電磁感應原

2、理和電磁型能量收集裝置的物理模型，本文設計出適宜在低頻環(huán)境中工作的新型電磁型振動能量收集裝置，利用Ansoft Maxwell有限元仿真軟件對裝置的靜態(tài)特性和動態(tài)特性做定量分析，并對結構進行優(yōu)化。本文的主要工作和成果如下:
　　1.針對目前的能量收集裝置仍存在輸出電壓低、結構制作工藝太復雜難以實現、能量轉換效率低等問題，提出兩種新型電磁型振動能量收集裝置。一、圓筒式振動能量收集裝置，該裝置具有以下優(yōu)點:(1)形成閉合磁路，提高振動

3、能量的利用率;(2)齒狀磁軛的設計，使裝置在低頻環(huán)境中可以實現磁通量的多次交變，提高線圈中感應電動勢;(3)銜鐵為工字型減小磁路中磁損耗，提高能量轉換效率。二、永磁體固定式振動能量收集裝置，該裝置繼承了初始結構和圓筒式振動能量收集裝置的優(yōu)點，而且在原有的基礎上做了很大的改進:(1)加入方軸，使振子的運動更加穩(wěn)定，克服掉在復雜環(huán)境中振子受力不均的情況;(2)永磁體被固定住，提高裝置的環(huán)境適應能力及使用壽命;(3)結構相對簡單，易于加工制作

4、。
　　2.利用Ansoft Maxwell軟件對裝置做有限元仿真。通過靜態(tài)仿真分析相關參數變化對鐵芯中磁感應強度的影響，對參數優(yōu)化，提高裝置的能量收集能力;通過動態(tài)仿真量化分析參數優(yōu)化和線圈匝數變化對輸出性能的影響，改善裝置的輸出性能。優(yōu)化后圓筒式振動能量收集裝置產生的感應電動勢是優(yōu)化前的4倍。當永磁體固定式振動能量收集裝置的單個線圈匝數為222時，負載可以獲得有效功率為最大，最大有效功率為9.69mW。
　　3.能量收集