基于偏心盘的电磁振动能量收集器研究.pdf

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1、硕士学位论文基于偏心盘的电磁振动能量收集器研究RESEARCHONELECTROMAGNETICVIBRATIONENERGYHARVESTORBASEDONECCENTRICDISK钟绍轩哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM619学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文基于偏心盘的电磁振动能量收集器研究硕士研究生：钟绍轩导师：张宇峰教授申请学位：工学硕士学科：微电子学与固体电子学所在单位：微电子科学与技术系答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM

2、619U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONELECTROMAGNETICVIBRATIONENERGYHARVESTORBASEDONECCENTRICDISKCandidate：ZhongShaoxuanSupervisor：Prof.ZhangYufengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MicroelectronicsandSolid-StateElectronics

3、Affiliation：Dept.ofMicroelectronicsScienceandTechnologyDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近年来，集成电路技术迅猛发展，电子设备逐年向着微型化，无线化，低功耗化发展，这为能量收集技术提供了机遇，也提出了挑战：尤以收集环境机械能的振动能量收集器为例，传统的能量收集器能收集的能量受到共振频率，振动方向，机械限制等多个问题的约束，因此

4、需要寻找一些受环境限制小通用性强的新结构或是新设计。混合类电磁振动能量收集器（即使用偏心盘作为运动部件，进行着介于悬臂梁和圆周旋转中间的运动状态）具有收集能量方向多，共振频率不明显的特点，值得作为一种拓宽能量收集器应用范围的新结构去尝试：针对以上的特点，本文以理论和实践相结合的方式，同时从原理的分析和仿真，以及样机设计和加工两个方面对使用偏心盘结构的电磁式振动能量收集器进行了研究：一方面，本文在理论层面上提出所述新结构能量收集器的两个关键问题：偏心盘运动过程中的多体动力学特性以及在偏心盘运动过程中磁体与线圈的电磁转换现象。进一步地，针对两

5、个问题分别进行了原理上的定性分析以及仿真的验证，对能量收集器中偏心盘的运动和实际的输出能量做出了估计，同时为设计和加工提出了指导。另一方面，结合设计和加工过程，不断探索可行的设计和机械加工工艺，在过程中积累经验，提高设计和加工工艺之间相互的兼容性。在尺寸设计，材料选型，线路连接与能量管理等方面积累经验。寻找相对快捷，经济的，精度可以为设计方案接受的加工工艺以及易于加工，装配的产品设计。最终实现样机的制作。通过对样机的实际测试以及原理的仿真分析，本文得以评估本种新结构振动能量收集器在低频，大摆幅，方向多变的应用环境下的可行性。具体来说，基于

6、已完成的样机，本文模拟人体运动动能收集对所制作能量收集器的性能进行了测试，证实了在跑步下可产生约0.9mW的能量，成功地将偏心盘总能量的40%转化为了电能，证明了使用偏心盘结构的电磁震动能量收集器在人体动能收集领域有一定的应用前景和理论研究的前景。关键词：振动能量收集技术、偏心摆结构、电磁场、人体动能收集-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInrecentyears,Integratedcircuittechnologygrewrapidlly.Andwithitelectronicdeviceshavebecomeinc

7、reasinglyminiaturized,wireless,andlow-powerdesigned.Thisprovidesenergyharvestingtechnologyopportunitiesalongwithchallenges.Especiallytakevibrationenergycollectorsthatcollectenvironmentalmechanicalenergyasanexample:Theenergythatcanbecollectedbytraditionalenergyharvestersis

8、constrainedbyproblemssuchasresonancefrequency,vibrationdirection,andmechanicallimitations.Theref