基于復(fù)合磁電材料的寬帶低頻振動(dòng)能量采集器的研究.pdf

1、通過(guò)能量采集技術(shù)將環(huán)境中的振動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，從而為電子設(shè)備供電。這將實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備的自供電，并且可提供長(zhǎng)期電源。利用換能器的MEMS加工工藝，使電源集成到電子設(shè)備中，為實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備的智能化、便攜化提供有利條件。
　　在包括風(fēng)能、太陽(yáng)能、熱能、振動(dòng)能等各類(lèi)能量采集中，振動(dòng)能量的應(yīng)用前景極其廣闊。通過(guò)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的研究與分析發(fā)現(xiàn)振動(dòng)能量采集器具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、與MEMS工藝兼容性較好、輸出能量密度大、無(wú)需啟動(dòng)電源、便于與電子器件集成的優(yōu)點(diǎn)

2、。但也存在一些缺點(diǎn)：1）能量采集器必須與環(huán)境振動(dòng)達(dá)到共振才能獲得較高的電能輸出，而大部分的振動(dòng)能量采集器的固有頻率一定；2）振動(dòng)能量采集器的固有頻率相對(duì)普遍存在與環(huán)境中的振動(dòng)能的振動(dòng)頻率來(lái)說(shuō)都很高，必須采取相應(yīng)的措施來(lái)降低能量采集器的固有頻率。因此，本文的目的是研究一種具有寬帶低頻特點(diǎn)的振動(dòng)能量采集器。
　?。?）本文設(shè)計(jì)了一種新型的振動(dòng)能量采集器。采集器主要由能量轉(zhuǎn)換器和雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，采集器的主要器件是Terfenol-

3、D/PZT/Terfenol-D復(fù)合磁電換能器。本文分析了復(fù)合磁電換能器的換能過(guò)程和復(fù)合方式。利用PZT的壓電效應(yīng)和Terfenol-D的磁致伸縮效應(yīng)，當(dāng)復(fù)合磁電換能器在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。
　?。?）完成了能量采集器各部分尺寸設(shè)計(jì)。換能器的能量轉(zhuǎn)化與永磁體空氣隙中的磁場(chǎng)強(qiáng)度密切相關(guān)。本文利用ansys軟件，對(duì)永磁體空氣隙磁路進(jìn)行了仿真。通過(guò)理論分析得到了與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)密切相關(guān)的參數(shù)。通過(guò)matlab仿真得到當(dāng)

4、永磁體間距d小于5.5mm時(shí)所設(shè)計(jì)的能量采集器表現(xiàn)出顯著的雙穩(wěn)態(tài)特性。利用matlab中的simulink工具箱。取d=5mm，輸入一個(gè)帶有噪聲的正弦信號(hào)，得到系統(tǒng)的位移響應(yīng)具有雙穩(wěn)態(tài)特性。
　　（3）完成了振動(dòng)能量收集電路設(shè)計(jì)。該電路用于將采集器輸出的不規(guī)則的、波動(dòng)性較大的電能存儲(chǔ)起來(lái)，為電子元件提供一個(gè)穩(wěn)定的電源。選擇了MAX1795芯片，該芯片可實(shí)現(xiàn)電壓從2V到5.5V的調(diào)節(jié)。
　?。?）進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在輸入信號(hào)為2