新型便携电磁式振动发电装置的结构设计与输出性能分析

发布时间：2020-01-29 20:34

【摘要】：提出了一种新型的振动发电装置,可作为便携电子设备的电源。该装置采用可在独立平面内反复相互转动的偏心轮组,偏心轮组上固定有磁极指向一致的圆形永磁体,永磁体随偏心轮组运动时,轮盘上呈正三角放置的感应线圈内产生感应电动势。建立了多方向拾振测试平台,利用该平台,得出了各方向上的峰值电压、电流及阻抗特性曲线;利用阻抗特性曲线计算出了振动发电装置的最大输出功率。该振动发电装置在振动频率6 Hz、振幅10 mm时,水平、竖直、45°倾斜方向放置的最大输出功率分别为2.7 mW、1.1mW、0.36 mW,开路电压的峰值分别为4 V、3 V、1 V,可充分点亮7盏LED。
【图文】：

134信息系统工程│2016.12.20ACADEMICRESEARCH学术研究图1（a）：新型电磁式振动发电装置分解示意图（b）：新型电磁式振动发电装置侧视图（c）：新型电磁式振动发电装置装配图Fig.1a:Explodedviewofthenewtypeofelectromagneticvibration-poweredgeneratorb:Sideviewofthenewtypeofelectromagneticvibration-poweredgeneratorc:Assemblydiagramofthenewtypeofelectromagneticvibration-poweredgenerator上述振动发电装置的总体结构尺寸为直径80mm、高度18mm，圆形永磁体尺寸均为直径25mm、厚度5mm，3个螺旋线圈呈正三角放置，线圈匝数均为2000匝，线圈线径均为70μm。整个装置除轴承外，均为丙烯酸光敏树脂材料，并采用SLA激光成型工艺制造。传统的振动发电装置一般使用机械弹簧[7,8]。机械弹簧在使用过程中存在摩擦，并受到机械寿命的限制[9]。本文所提出的两个固定有永磁体的偏心轮间的相互作用实现反复地相对转动的拾振结构中，偏心轮均通过轴承与转轴连接，轴间摩擦很小，且偏心轮所在平面与轮盘所在平面平行，两者间间隙宽度为2mm，偏心轮组相对转动时不存在与轮盘的摩擦，极大减小了摩擦损耗。相比机械弹簧方式，磁力偏心轮方式具有摩擦少、不生热、无噪声、性能稳定和寿命长等优点。C.R.Sala等人在文献[10]中提出的振动发电装置只可以收集竖直方向振动的能量。本文中的偏心轮组只在独立平面内转动，，不受轮盘水平、竖直或倾斜位置的影响，使得振动发电装置水平或倾斜放置使用时，也可以收集水平方向振动能量，并可以收集水平和竖直方向的振动能量在倾斜放置方向的分量，满足多方向拾振，从而提高了振动发电装置的应用范围和拾振效率。此外，较之只有一组螺旋线圈的发电装置而言，呈正三角放置3个螺旋线圈时，

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本文编号：2574461