新型电磁型振动能量收集装置的设计与研究

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1、全日制学术型硕士学位论文论文题目：新型电磁型振动能量收集装置的设计与研究作者姓名张帅指导教师张端副教授学科专业控制科学与工程所在学院信息工程学院提交日期2015年4月21日浙江工业大学硕士学位论文新型电磁型振动能量收集装置的设计与研究作者姓名：张帅指导教师：张端副教授浙江工业大学信息工程学院2015年4月渐江工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明；所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作祈現得的研究成果。除文中已经加标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过

2、的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中巧明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。＇－＞，＝＾作者签名：＾：＾１＼曰期年月么曰＾＾：＼＾学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描

3、等复制手段保存和汇编本学位论文。，―＇心么冰＜＞兰作者签名：日期；；／牌月，声导；｝ｍ名；曰期年ｙ月右巧３ＪDissertationSubmittedtoZhejiangUniversityofTechnologyfortheDegreeofMasterDesignandStudyoftheNovelElectromagneticVibrationEnergyHarvesterCandidate:ShuaiZhangAdvisor:A.Prof.DuanZhangCollegeofInfor

4、mationEngineeringZhejiangUniversityofTechnologyApr2015浙江工业大学硕士学位论文新型电磁型振动能量收集装置的设计与研究摘要目前，无线传感器网络的发展方向是利用微机电、微无线通信技术，设计体积小、寿命长、功耗低的传感器节点。然而，尺寸的压缩提高了结构的整体性要求，在一些特殊场合，传感器节点的供电电源无法实现更换。因此，寻找一种更方便、有效、安全的微型储能器件代替传统电池，成为近年来研究的热点话题。环境中能量无处不在，太阳能、风能、潮汐能、机械振动能等等。从

5、环境中收集能量可以有效的解决无线传感器节点的供电问题。根据实际工作环境的特点，结合电磁感应原理和电磁型能量收集装置的物理模型，本文设计出适宜在低频环境中工作的新型电磁型振动能量收集装置，利用AnsoftMaxwell有限元仿真软件对装置的静态特性和动态特性做定量分析，并对结构进行优化。本文的主要工作和成果如下：1．针对目前的能量收集装置仍存在输出电压低、结构制作工艺太复杂难以实现、能量转换效率低等问题，提出两种新型电磁型振动能量收集装置。一、圆筒式振动能量收集装置，该装置具有以下优点：(1)形成闭合磁路，

6、提高振动能量的利用率；(2)齿状磁轭的设计，使装置在低频环境中可以实现磁通量的多次交变，提高线圈中感应电动势；(3)衔铁为工字型减小磁路中磁损耗，提高能量转换效率。二、永磁体固定式振动能量收集装置，该装置继承了初始结构和圆筒式振动能量收集装置的优点，而且在原有的基础上做了很大的改进：(1)加入方轴，使振子的运动更加稳定，克服掉在复杂环境中振子受力不均的情况；(2)永磁体被固定住，提高装置的环境适应能力及使用寿命；(3)结构相对简单，易于加工制作。2．利用AnsoftMaxwell软件对装置做有限元仿真。通

7、过静态仿真分析相关参数变化对铁芯中磁感应强度的影响，对参数优化，提高装置的能量收集能力；通过动态仿真量化分析参数优化和线圈匝数变化对输出性能的影响，改善装置的输出性能。优化后圆筒式振动能量收集装置产生的感应电动势是优化前的4倍。当永磁体固定式振动能量收集装置的单个线圈匝数为222时，负载可以获得有效功率为最大，最大有效功率为9.69mW。3．能量收集电路的设计。利用全波桥式整流滤波电路将装置产生的交流电转化为直i浙江工业大学硕士学位论文流电，并通过充电电路将直流电储存到储能电池中，由电池给负载供电。本文设

8、计的能量收集装置在低频率下可以得到理想的有效功率，可以为多数低功耗的无线传感器网络节点供电。关键词：无线传感器网络，能量收集，电磁型，有限元仿真，输出性能ii浙江工业大学硕士学位论文DESIGNANDSTUDYOFTHENOVELELECTROMAGNETICVIBRATIONENERGYHARVESTERABSTRACTAtpresent,thedevelopmenttrendofwirelesssensornetworki