微型電磁振動(dòng)能量收集器頻帶拓展機(jī)理與關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著便攜式設(shè)備、可穿戴設(shè)備、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)等的高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，供電問題已成為制約這些領(lǐng)域發(fā)展的共性技術(shù)瓶頸。面向環(huán)境動(dòng)能的微型振動(dòng)能量收集器，具有體積小、壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保、成本低等優(yōu)點(diǎn)已成為解決這一問題的重要技術(shù)途徑。論文針對(duì)微型振動(dòng)能量收集器工作頻帶窄等問題，開展微型電磁振動(dòng)能量收集器頻帶拓展的機(jī)理與關(guān)鍵技術(shù)的研究，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用需求。
　　論文針對(duì)微型電磁振動(dòng)能量收集器工作頻帶窄的問題，提出了一種基于多模態(tài)

2、與非線性復(fù)合的微型電磁振動(dòng)能量收集器新結(jié)構(gòu)；建立了非線性多模態(tài)微型電磁振動(dòng)能量收集器的動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)該模型分析了能量收集器的振動(dòng)特性、電磁特性和頻帶拓展的機(jī)理；基于矩形永磁體磁場(chǎng)分布的分析和換能因數(shù)的計(jì)算，形成了該微型電磁振動(dòng)能量收集器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的新方法，完成了微型電磁振動(dòng)能量收集器結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)；基于ANSYS仿真和Duffering方程，系統(tǒng)地分析了非線性度對(duì)頻帶寬度的影響，預(yù)測(cè)了頻帶寬度隨加速度變化的趨勢(shì)；完成了微型電磁振

3、動(dòng)能量收集器的加工，研制出原理樣機(jī)；搭建了實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，完成了原理樣機(jī)輸出性能的測(cè)試與分析。測(cè)試結(jié)果表明：樣機(jī)總體積為5.625 cm3，在1.5g加速度，中心頻率45.6 Hz時(shí)，樣機(jī)的頻帶寬度為10.1 Hz，歸一化頻帶寬度為24.9％，對(duì)應(yīng)輸出電壓為336.02 mV，輸出功率為112.9μW。
　　論文的主要工作是：
　　①在重點(diǎn)研究微型電磁振動(dòng)能量收集器頻帶拓展技術(shù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析了微型電磁振動(dòng)能量收集器頻

4、帶拓展技術(shù)存在的問題，確定了論文研究的目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容；
　　②為了拓展微型電磁振動(dòng)能量收集器的工作頻帶寬度，提出了一種基于多模態(tài)與非線性復(fù)合的新結(jié)構(gòu)，建立了多模態(tài)非線性微型電磁振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)模型，分析了該能量收集器的特性和頻帶拓展的機(jī)理；
　　③根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境分析了多模態(tài)非線性微型電磁振動(dòng)能量收集器的主要技術(shù)指標(biāo)，開展了能量收集器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用ANSYS有限元軟件分析了多模態(tài)非線性微型電磁振動(dòng)能量收集器中各拾振系統(tǒng)的振

5、動(dòng)特性和非線性特性，結(jié)合 Duffering方程系統(tǒng)地分析了能量收集器拾振結(jié)構(gòu)非線性度對(duì)其頻帶寬度的影響；
　　④根據(jù)提出的多模態(tài)非線性微型電磁振動(dòng)能量收集器結(jié)構(gòu)，確定了加工工藝，完成了微型電磁振動(dòng)能量收集器的加工與組裝，研制出原理樣機(jī)；
　?、荽罱硕嗄B(tài)非線性微型電磁振動(dòng)能量收集器的實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，完成了原理樣機(jī)的性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明：原理樣機(jī)對(duì)應(yīng)的三個(gè)諧振頻率40.5 Hz、68.2 Hz和146 Hz均在設(shè)計(jì)指標(biāo)要求