磁性弹簧直线振动能量收集技术研究

摘要

微电子技术的发展使得低功耗电子设备得到了广泛的应用，同时随着研究的不断深入，如何长期有效的为低功耗电子设备供电逐渐成为其进一步应用和发展所需解决的关键问题。利用能量采集器将环境中各种形式的能量，如太阳能、热能、风能和振动能等，转化为适宜的电能提供给低功耗电子设备使用，能有效的解决低功耗电子设备的供电问题。其中，振动能是一种存在范围很广的能量形式，振动能量收集技术对解决低功耗电子设备的供电问题、提高能源的综合利用效率有着重要意义。
　　本文是基于电磁式振动能量收集原理研究的一种磁性弹簧直线振动能量收集技术。对电磁式直线振动能量收集技术的基本原理和基本结构进行分析和研究，针对传统直线振动能量采集器存在的结构缺点，提出了一种新型磁性弹簧结构直线振动能量采集器。对拾振系统和能量转换系统的结构进行了分析和设计，并在此基础上建立了磁性弹簧直线振动能量采集器结构模型;通过磁场仿真对采集器的磁场分布、线圈平面磁通量及线圈位置径向磁场强度进行了仿真和计算。根据磁性弹簧直线振动采集器基本原理和磁场仿真计算结果建立了采集器整体系统仿真模型，并对采集器输出特性进行了仿真分析，在此基础上对车辆行驶过程中的振动能量收集进行了计算评估。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 振动能量收集技术研究现状

1．2．1 静电式振动能量收集

1．2．2 压电式振动能量收集

1．2．3 电磁式振动能量收集

1．3 本文研究意义及主要内容

1．3．1 本文研究的目的和意义

1．3．2 本文研究的主要内容

第二章 电磁式直线振动能量收集技术基本理论

2．1 电磁式振动能量采集器等效物理模型

2．2 拾振系统物理模型及特性分析

2．2．1 拾振系统物理模型

2．2．2 拾振系统运动特性

2．3 能量转换系统基本原理

2．3．1 电磁感应定律

2．3．2 能量采集器机电耦合模型

2．4 直线振动能量采集器基本结构

2．4．1 直线弹簧结构

2．4．2 平面弹簧结构

2．4．3 新型磁性弹簧结构

2．5 本章小结

第三章 磁性弹簧直线动能量采集器结构设计

3．1 拾振系统结构设计

3．1．1 永磁体材料选择

3．1．2 磁性弹簧设计原理

3．1．3 磁性弹簧设计

3．2 能量转换系统设计

3．2．1 线圈绕组设计

3．2．2 永磁体动子设计

3．3 磁性弹簧直线振动能量采集器

3．3．1 能量采集器固有频率

3．3．2 能量采集器磁场分析

3．4 本章小结

第四章 系统仿真及车辆振动能量计算评估

4．1 系统建模

4．1．1 系统模型框图

4．1．2 系统Simulink仿真模型

4．2 采集器输出特性仿真分析

4．2．1 谐振频率下采集器输出特性

4．2．2 频率对输出特性的影响

4．2．3 振幅对输出特性的影响

4．3 车辆振动能量评估

4．3．1 振源采集及特性分析

4．3．2 车辆振动能量仿真计算

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献