微型电磁式振动能量采集器的研究

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随着大规模集成电路、无线传感网络的发展,嵌入式传感器、MEMS器件等逐渐趋于微型化、低功耗化。如何为这些器件供电成为目前研究的热点。传统电源由于体积大、寿命短等缺点不利于无线传感器件的工作。微型电源是MEMS技术最重要的发展方向之一,在发展过程中,逐渐取代传统电源,成为微系统独立工作的关键部件。能量采集器能将环境中普遍存在的各种能量转换成电能,从而可以代替电池等传统供电方式,因此,受到学术界广泛关注。本文主要研究工作如下:  (1)通过分析能量采集器的国内外发展现状,对各种工作原理的微型能量采集器进行比较。特别是针对电磁式振动能量采集器的发展现状进行分析,确定采用微型电磁式振动能量采集器作为本课题的研究方向。  (2)针对微型电磁式振动能量采集器的工作原理、结构模型进行深入的研究,分析计算各参数之间的关系,为采集器的选材以及尺寸提供理论依据。通过分析拾振系统的幅频特性以及振幅、频率对输出电压的影响;能量转换系统的永磁体、线圈对输出电压的影响,对结构进行优化。设计出一种采用NdFeB材料的永磁体,镍合金双螺旋结构的平面弹簧的微型电磁式振动能量采集器结构,经过仿真,其最大感应电压为575mV。  (3)提出一种硬磁与软磁相结合的采集器设计方案,而采用这种结构的采集器输出电压为1.15V,负载20Ω时,输出最大功率为190mW,输出效率大幅提高。  (4)针对微型电磁式振动能量采集器的结构特点,对其发展前景进行系统的分析。
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