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电磁式振动能量采集系统的设计及关键技术研究

  随着社会经济以及自然科学的快速发展,能源问题被社会频繁提及。人们意识到需要改变全球能源结构,从传统能源转型到可再生能源,环境能量采集的概念应运而生,振动能量采集也成为时下研究的热点。 本文首先对电磁式振动能量采集系统进行了理论分析,得到采集装置的输出功率及能量转换效率。然后设计了一种悬臂梁结构的电磁式振动能量采集装置,采集装置为动圈式。拾振结构由悬臂梁及线圈组成,分析了相关尺寸对其运动特性的影响。设计了两种能量转换结构,利用Ansoft Maxwell软件求出不同结构的磁链变化并对其进行了优化,求解出了系统利用两种不同换能结构下的输出性能。 此外,为了增强能量采集装置的环境适应能力,设计了一种立方体结构的多方向电磁式振动能量采集系统,并对结构进行了理论建模及特性分析。拾振结构由八个弧形弹性片与质量块组成,对单个弹性片进行了模态分析,建立了受迫振动下的运动方程,分析了相关尺寸对固有频率的影响。能量转换结构由环形Halbach永磁阵列及对应设计的铁芯绕组组成,对该结构进行了静磁场分析,并与普通换能装置的输出性能进行比较得出其优势;仿真计算出在不同激振方向下的磁链变化,求解出单个换能装置的输出及整个系统在不同方向下的输出特性。 论文最后搭建了实验平台对采集装置性能进行测试及调整,对理论及仿真分析进行了验证,指出了研究中遇到的困难,并对以后的设计方向进行了展望。

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