一種微型電磁式振動能量收集器的設計與研究.pdf

1、隨著MEMS技術的深入發(fā)展，傳統(tǒng)的微能源已經(jīng)無法滿足MEMS器件發(fā)展的需要，如何為這些器件供電成為亟待解決的技術問題。作為一種能夠自發(fā)電的微能源，振動能量收集器可以將環(huán)境中的振動機械能轉化為電能，從而為低功耗的MEMS器件供電，因此，這一技術正受到越來越多的科研院所的關注。
　　本文針對低頻振動環(huán)境，在分析國內(nèi)外研究的基礎上，設計了一種微型電磁式振動能量收集器，根據(jù)機械振動理論和電磁理論建立電磁式振動能量收集器物理模型，采用ANS

2、YS Workbench有限元仿真軟件分析振動能量收集器的振動特性，并結合理論計算分析了振動能量收集器的電學特性。論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　1、微型電磁式振動能量收集器的研究現(xiàn)狀。本文全面闡述了微能源的研究現(xiàn)狀，分析了微能源發(fā)展存在的問題，指出一條可行的方向是發(fā)展振動能量收集器，比較了靜電式、壓電式和電磁式三種振動能量收集器的工作原理和研究現(xiàn)狀，認為電磁式是在低頻環(huán)境下最有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g之一。本文闡述了電磁式振動能量收集器在國

3、內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，分析了研究中存在的問題，最后提出了微型電磁式振動能量收集器的發(fā)展方向。
　　2、電磁式振動能量收集器物理模型的建立與理論分析。基于機械振動理論和電磁理論，本文討論了振動能量收集器的振動特性和電磁特性，為電磁式振動能量收集器的結構設計提供理論依據(jù)。
　　3、微型電磁式振動能量收集器設計。本文設計了一種微型電磁式振動能量收集器，該器件采用動鐵型結構，設計的獨特之處包括階梯型銅線圈、四螺旋形彈簧梁、圓柱形永磁體和鍍

4、鎳框體和基底形成的封閉式磁路。闡述了該器件的組成和設計的優(yōu)勢、工作原理以及LIGA技術制作器件的加工工藝。
　　4、微型電磁式振動能量器的設計優(yōu)化。本文采用ANSYS Workbench有限元分析軟件研究能量收集系統(tǒng)的振動特性，并對能量轉化系統(tǒng)進行了三維靜磁場仿真分析，通過一系列的分析給出振動能量收集器感應電動勢和最大有效功率的大小，分析了平面彈簧梁的寬度、厚度、間距、永磁體質(zhì)量等參數(shù)對彈簧梁的形變、應力、彈性系數(shù)、振子共振頻率、