基于磁电换能器的三维宽频振动能量采集器

摘要

设计了一种采用磁电换能器的三维宽频振动能量采集器,突破传统振动能量采集器响应频带范围窄,以及仅能响应某一方向振动能量的限制。采集器由伞状弹性结构、环形磁路和磁电换能器组成。伞状弹性结构可以响应任意方向振动能量,同时借助磁路与磁电换能器间的磁力非线性作用展宽器件频率响应范围,最终实现多方向宽频振动能量采集。理论推导了磁力作用下振动结构的动力学方程,以及电压输出模型;借助结构仿真软件COMSOL multiphysics和磁场仿真软件Ansoft Maxwell分析了结构振动和磁路磁场分布特性。实验结果表明:在加速度为5.88 m/s2的振动激励下,采集器可以实现三维振动能量采集,在x-y平面内最大响应带宽达到4.1 Hz,最大输出功率达到41.2μW;z方向最大带宽为2.5 Hz,最大输出功率达到43μW。