微型振動能量采集器振動響應(yīng)機(jī)理與輸出特性研究.pdf

1、隨著無線傳感網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)、無線射頻識別和各類植入式MEMS傳感器等高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子產(chǎn)品日趨微型化、集成化、無線化和便攜化，但是其供電問題一直沒有得到有效的解決。傳統(tǒng)電池、有線電源和微電池在壽命、工作條件、成本等方面的局限，使能量采集技術(shù)受到人們越來越多的關(guān)注。
　　本文研究基于抗磁懸浮的微型振動能量采集器，首先介紹了其結(jié)構(gòu)模型和工作原理，接著從抗磁懸浮的穩(wěn)定性、磁力和抗磁力三個方面進(jìn)行了理論分析。利用COMSOL Mu

2、ltiphysics對磁力和抗磁力進(jìn)行仿真計(jì)算的過程中發(fā)現(xiàn)了有限元計(jì)算的插值誤差，通過不同材料參數(shù)下計(jì)算值相減的方法消除了仿真誤差，在此基礎(chǔ)上對能量采集器的整體結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行仿真計(jì)算并得到了一套比較系統(tǒng)可靠的能量采集器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。最后進(jìn)一步分析了懸浮永磁體在不同結(jié)構(gòu)形式下的平衡間距和懸浮空間，從靜懸浮特性角度對能量采集器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化提供指導(dǎo)。
　　其次，從豎直和水平兩個方向?qū)勾艖腋≌駝幽芰坎杉髟谕饨缯?/p>

3、源激勵下的振動響應(yīng)情況進(jìn)行了理論分析和仿真計(jì)算，得到了豎直方向上懸浮永磁體線性振動和非線性振動時的固有頻率和水平方向上懸浮永磁體在激勵位移作用下受迫振動時的固有頻率。同時在Simulink里面對懸浮永磁體在豎直和水平方向的受迫振動進(jìn)行了仿真分析，得到了懸浮永磁體非線性振動響應(yīng)特性。考慮到能量采集器實(shí)際工作時可能安裝在傾斜表面，對能量采集器的整體傾斜狀態(tài)及其對振動響應(yīng)情況的影響進(jìn)行了分析討論。
　　接著，從理論和仿真兩個方面對抗磁懸

4、浮振動能量采集器的感應(yīng)電壓進(jìn)行分析和計(jì)算?；趹腋∮来朋w周圍的磁場分布情況，確定了銅線圈的布置方案。通過對能量采集器的感應(yīng)電壓和輸出功率進(jìn)行理論分析，得到了感應(yīng)電壓的影響因素。在COMSOL Multiphysics中對感應(yīng)電壓進(jìn)行了仿真計(jì)算，并討論了外界激勵振幅，頻率，懸浮永磁體結(jié)構(gòu)形式和銅線圈參數(shù)對感應(yīng)電壓的影響和優(yōu)化方法。
　　最后，搭建了抗磁懸浮振動能量采集器的實(shí)驗(yàn)平臺。在外界振源激勵下，對能量采集裝置的感應(yīng)電壓進(jìn)行測試分