新型電磁型振動(dòng)能量收集裝置的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、目前，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向是利用微機(jī)電、微無(wú)線通信技術(shù)，設(shè)計(jì)體積小、壽命長(zhǎng)、功耗低的傳感器節(jié)點(diǎn)。然而，尺寸的壓縮提高了結(jié)構(gòu)的整體性要求，在一些特殊場(chǎng)合，傳感器節(jié)點(diǎn)的供電電源無(wú)法實(shí)現(xiàn)更換。因此，尋找一種更方便、有效、安全的微型儲(chǔ)能器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)電池，成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)話題。環(huán)境中能量無(wú)處不在，太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能、機(jī)械振動(dòng)能等等。從環(huán)境中收集能量可以有效的解決無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的供電問(wèn)題。
　　根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境的特點(diǎn)，結(jié)合電磁感應(yīng)原

2、理和電磁型能量收集裝置的物理模型，本文設(shè)計(jì)出適宜在低頻環(huán)境中工作的新型電磁型振動(dòng)能量收集裝置，利用Ansoft Maxwell有限元仿真軟件對(duì)裝置的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性做定量分析，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。本文的主要工作和成果如下:
　　1.針對(duì)目前的能量收集裝置仍存在輸出電壓低、結(jié)構(gòu)制作工藝太復(fù)雜難以實(shí)現(xiàn)、能量轉(zhuǎn)換效率低等問(wèn)題，提出兩種新型電磁型振動(dòng)能量收集裝置。一、圓筒式振動(dòng)能量收集裝置，該裝置具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)形成閉合磁路，提高振動(dòng)

3、能量的利用率;(2)齒狀磁軛的設(shè)計(jì)，使裝置在低頻環(huán)境中可以實(shí)現(xiàn)磁通量的多次交變，提高線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);(3)銜鐵為工字型減小磁路中磁損耗，提高能量轉(zhuǎn)換效率。二、永磁體固定式振動(dòng)能量收集裝置，該裝置繼承了初始結(jié)構(gòu)和圓筒式振動(dòng)能量收集裝置的優(yōu)點(diǎn)，而且在原有的基礎(chǔ)上做了很大的改進(jìn):(1)加入方軸，使振子的運(yùn)動(dòng)更加穩(wěn)定，克服掉在復(fù)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(yīng)能力及使用壽命;(3)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，易于加工制作

4、。
　　2.利用Ansoft Maxwell軟件對(duì)裝置做有限元仿真。通過(guò)靜態(tài)仿真分析相關(guān)參數(shù)變化對(duì)鐵芯中磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響，對(duì)參數(shù)優(yōu)化，提高裝置的能量收集能力;通過(guò)動(dòng)態(tài)仿真量化分析參數(shù)優(yōu)化和線圈匝數(shù)變化對(duì)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(dòng)能量收集裝置產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是優(yōu)化前的4倍。當(dāng)永磁體固定式振動(dòng)能量收集裝置的單個(gè)線圈匝數(shù)為222時(shí)，負(fù)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