學(xué)校名稱

長(zhǎng)沙理工大學(xué)

學(xué)生姓名

學(xué)  號(hào)

專      業(yè)

性 別

入 學(xué) 年 份

楊立新

201449060122

新能源科學(xué)與工程

男

2014

葉妮娜

201449060108

新能源科學(xué)與工程

女

2014

黃鏡亮

201455110121

電氣工程及其自動(dòng)化

男

2014

李振良

201449060132

新能源科學(xué)與工程

男

2014

范澤軒

201449060127

新能源科學(xué)與工程

男

2014

指導(dǎo)教師

李聰

職稱

副教授

項(xiàng)目所屬

一級(jí)學(xué)科

動(dòng)力工程及工程熱物理

項(xiàng)目科類(lèi)(理科/文科)

理 科

學(xué)生曾經(jīng)參與科研的情況

團(tuán)隊(duì)成員均對(duì)研究性學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性計(jì)劃興趣濃厚，項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)較為豐富，學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，學(xué)習(xí)成績(jī)優(yōu)秀，能夠充分利用自身優(yōu)勢(shì)完成該項(xiàng)目，進(jìn)一步提升自主創(chuàng)新的能力。以下是團(tuán)隊(duì)成員的主要情況：

（1）楊立新，14級(jí)新能源科學(xué)與工程學(xué)生，成績(jī)優(yōu)秀，專業(yè)排名第八，物理、數(shù)學(xué)、新能源知識(shí)豐富，興趣濃厚，2016年獲湖南省第三屆大學(xué)生物理競(jìng)賽省三等獎(jiǎng)；第九屆節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽全國(guó)三等獎(jiǎng)，參與國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目并順利完成結(jié)題(教高司函[2015]41號(hào): 201510536010)(排名2/5)，申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利1項(xiàng) (申請(qǐng)?zhí)?01510996234.X，指導(dǎo)老師第一發(fā)明人，本人第二發(fā)明人)；獲?？萍剂㈨?xiàng)項(xiàng)目《高樓光雨互補(bǔ)發(fā)電供電系統(tǒng)的應(yīng)用研究》校級(jí)一等獎(jiǎng)；多次參與或主持項(xiàng)目，項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)豐富，團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)能力強(qiáng)。

（2）葉妮娜，14級(jí)新能源科學(xué)與工程學(xué)生，學(xué)習(xí)成績(jī)優(yōu)秀，專業(yè)排名第三，2014-2015年獲二等獎(jiǎng)學(xué)金，2015-2016獲得一等獎(jiǎng)學(xué)金；2016年全國(guó)大學(xué)生英語(yǔ)競(jìng)賽（NECCS）獲三等獎(jiǎng)，文獻(xiàn)調(diào)研能力強(qiáng)。作為《新能源專業(yè)人才培養(yǎng)與就業(yè)需求》項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，研究問(wèn)題深入；曾參與?？萍剂㈨?xiàng)項(xiàng)目《高樓光雨互補(bǔ)發(fā)電供電系統(tǒng)的應(yīng)用研究》，科學(xué)研究經(jīng)驗(yàn)豐富。

（3）黃鏡亮，14級(jí)電氣工程自動(dòng)化學(xué)生，學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，理論基礎(chǔ)扎實(shí)，電氣學(xué)院電氣工程自動(dòng)化專業(yè)排名第八，精通電源電路電子設(shè)計(jì)，電磁分析仿真軟件，曾參與全國(guó)大學(xué)電子設(shè)計(jì)大賽、物電杯負(fù)責(zé)電源電路的設(shè)計(jì)，項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)豐富。

（4）李振良，14級(jí)新能源科學(xué)與工程，成績(jī)優(yōu)秀，曾獲2014-2015學(xué)年三等獎(jiǎng)學(xué)金，2015-2016學(xué)年三等獎(jiǎng)學(xué)金。動(dòng)手能力和實(shí)踐能力較強(qiáng)，曾獲工程模型大賽三等獎(jiǎng)，新材料比賽三等獎(jiǎng)，創(chuàng)業(yè)大賽三等獎(jiǎng)，創(chuàng)業(yè)策劃大賽三等獎(jiǎng)等?？蔀轫?xiàng)目實(shí)施、動(dòng)手實(shí)踐，提供有力保障。

（5）范澤軒，14新能源科學(xué)與工程，善于組織和策劃，動(dòng)手能力較強(qiáng)。有較為優(yōu)秀的學(xué)生組織能力和領(lǐng)導(dǎo)能力，現(xiàn)擔(dān)任能源與動(dòng)力工程學(xué)院學(xué)生會(huì)副主席。曾獲船模比賽二等獎(jiǎng)。寫(xiě)策劃能力較強(qiáng)，善于學(xué)習(xí)，并善于講解知識(shí)?？蔀轫?xiàng)目人員分配工作劃分提出合理意見(jiàn)，使整個(gè)團(tuán)隊(duì)高效率運(yùn)轉(zhuǎn)。

指導(dǎo)教師承擔(dān)科研課題情況

1．基于應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變的鈦合金疲勞行為及機(jī)理研究(51405037), 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(青年)，主持，在研；

2．鈦合金中基于微觀相變的疲勞裂紋擴(kuò)展行為及機(jī)理研究(2015JJ6002)，湖南省自科基金項(xiàng)目，主持，在研；

3．基于能源高效利用的鈦合金構(gòu)件中相變-疲勞的交互作用研究(14K004)，湖南省高校創(chuàng)新平臺(tái)開(kāi)放基金，主持，在研；

4．燃料電池陽(yáng)極材料多孔CuNi合金蠕變過(guò)程中組織結(jié)構(gòu)研究(2014NGQ004)，能源高效清潔利用湖南省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目，主持，在研；

5．高容量鋰離子電池負(fù)極集流體泡沫銅的疲勞組織結(jié)構(gòu)研究(2016NGQ007)，能源高效清潔利用湖南省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目，主持，在研。

項(xiàng)目研究和實(shí)驗(yàn)的目的、內(nèi)容和要解決的主要問(wèn)題

【研究目的】

本項(xiàng)目擬設(shè)計(jì)一種適用于微功率自供電的微動(dòng)能量俘獲裝置：（1）設(shè)計(jì)一種微振動(dòng)能量俘獲裝置并優(yōu)化能量俘獲結(jié)構(gòu)；（2）基于設(shè)計(jì)的微動(dòng)能量俘獲裝置，使得俘獲的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成為電能并供給外圍電路使用。

【研究?jī)?nèi)容】

本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)振動(dòng)能量采集系統(tǒng)進(jìn)行理論分析以及換能結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，試制一種在振動(dòng)環(huán)境中能夠有足夠功率輸出的能量采集裝置，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)外圍電路。項(xiàng)目的主要研究?jī)?nèi)容如下：

（1）電磁式振動(dòng)能量采集裝置的理論分析：通過(guò)數(shù)學(xué)工具，從理論上分析電磁式振動(dòng)能量采集裝置對(duì)微動(dòng)能量采集以及轉(zhuǎn)換過(guò)程，為裝置設(shè)計(jì)以及樣機(jī)試制做指導(dǎo)；

（2）“懸臂-彈簧”電磁式能量采集結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)：在綜合理論分析之后，對(duì)提出的“懸臂-彈簧”電磁式能量采集裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)以及試制；

（3）電磁式振動(dòng)能量采集裝置樣機(jī)的試制以及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建：在能量俘獲裝置完成之后，通過(guò)試制的整體高精度實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試，并結(jié)合實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及軟件仿真分析結(jié)果，優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)；

（4）電磁式振動(dòng)能量采集裝置外圍電路的設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)合適的外圍處理電路，對(duì)微動(dòng)能量轉(zhuǎn)換裝置輸出的電能做轉(zhuǎn)換，使其符合微功耗用電設(shè)備供電要求。

【要解決的主要問(wèn)題】

換能結(jié)構(gòu)是振動(dòng)能量采集裝置最核心的部分，而該裝置的最終目的是采集環(huán)境中的振動(dòng)能量并轉(zhuǎn)換成為可供使用的電能。因此，能量采集裝置的技術(shù)關(guān)鍵是需最大程度的從服役環(huán)境中俘獲能量并轉(zhuǎn)換成電能。擬解決的主要問(wèn)題于下：

（1）高效換能結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；

（2）高精度試驗(yàn)樣機(jī)的試制以及測(cè)試平臺(tái)的搭建；

（3）結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的高效率外圍電路設(shè)計(jì)。

國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)

隨著社會(huì)發(fā)展，人們進(jìn)入了“互聯(lián)時(shí)代”，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)得到大力發(fā)展。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)以其低成本、分布式、低功耗和自組織等特點(diǎn)得到了迅速?gòu)V泛應(yīng)用。但是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)展遇到了瓶頸，那便是供電問(wèn)題。傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)供電基本采用化學(xué)電源或者直接連接外電源進(jìn)行供電，但是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的分布一般是比較復(fù)雜或者條件苛刻，有些無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)一次性植入環(huán)境中之后基本無(wú)法更換化學(xué)電源（汽車(chē)輪胎的胎壓傳感裝置），而自身攜帶的電能是有限的， 一旦耗盡，該節(jié)點(diǎn)就只能棄用，這將對(duì)整個(gè)傳感網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生不良影響， 造成了資源浪費(fèi)。因此，最大程度的為無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)供電成為有效延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)使用壽命的重要途徑。

延長(zhǎng)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的供電時(shí)間，最直接的辦法是增加化學(xué)電源的容量，此外也有學(xué)者提出無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量收集技術(shù), 可以直接從無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感節(jié)點(diǎn)的環(huán)境中采集能量轉(zhuǎn)換為電能。環(huán)境中最常見(jiàn)的光能、熱能、風(fēng)能甚至電磁波輻射能與微小的振動(dòng)均可以被收集起來(lái)轉(zhuǎn)換為電能，然而在某些情況之下風(fēng)能、太陽(yáng)能、熱能等均不穩(wěn)定，在室外太陽(yáng)能可以提供15000 μW/cm³的能量密度，然而在室內(nèi)就只能是降低到10~20 μW/cm³，顯然這對(duì)于傳感節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定供電是不允許的[1]。因此我們要尋找一種不確定性相對(duì)較小的能量源，振動(dòng)便是一種無(wú)處不在的運(yùn)動(dòng)形式。小到風(fēng)吹草動(dòng)、人們的日常生活，大到海洋中波濤洶涌的波浪、自然界中的地震都是在以不同形式振動(dòng)。如果把環(huán)境中振動(dòng)產(chǎn)生的能量收集起來(lái)并轉(zhuǎn)換為能夠?yàn)闊o(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)供電的電能, 不僅能延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的使用壽命, 而且能大量減少化學(xué)電池對(duì)環(huán)境帶來(lái)的環(huán)境污染。因此，振動(dòng)能量的采集自供電裝置更具有實(shí)用性。

振動(dòng)能量采集裝置是一種利用環(huán)境中振動(dòng)能量進(jìn)行發(fā)電的裝置。目前國(guó)內(nèi)外研究的振動(dòng)能量采集裝置按其收集原理，主要可以分成三類(lèi)：靜電式、壓電式、電磁式。電磁式振動(dòng)能量采集裝置是基于法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)外界發(fā)生振動(dòng)時(shí)，使磁鐵與線圈發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)致使通過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變化，便可以進(jìn)行能量采集。電磁式能量采集裝置的輸出功率主要與裝置尺寸、結(jié)構(gòu)、材料特性等因素密切相關(guān)，能量轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的主要元件為永磁體和線圈。電磁式能量采集裝置微型化后會(huì)導(dǎo)致動(dòng)子（或者動(dòng)線圈）的振幅減小，從而大大降低環(huán)境能量俘獲并轉(zhuǎn)換成電能的能力。雖然電磁式振動(dòng)型能量采集系統(tǒng)存在某些缺陷，但電磁式能量采集系統(tǒng)因其輸出電流功率較大、對(duì)材料沒(méi)有硬性要求，同時(shí)無(wú)需要啟動(dòng)電壓，經(jīng)濟(jì)效益高以及能適應(yīng)寬頻等特點(diǎn)獲得了較大的進(jìn)展[2]。

微型電磁式振動(dòng)能量收集器最早是由英國(guó)Sheffield大學(xué)的研究小組提出，并且建立了電磁式振動(dòng)能量采集的輸出模型，結(jié)構(gòu)如圖 1所示。聚酰亞胺薄膜的厚度為7μm，永磁體的體積為1mm×1mm×0.3mm，質(zhì)量為2.4×10^-3kg?；诘鬃鑸A片上制作平面線圈，線圈通過(guò)剝離2.5μm厚的濺射金層形成，其參數(shù)為寬度20μm，間距5μm，匝數(shù)13。完整的結(jié)構(gòu)整體尺寸約為5mm×5mm×1mm。理論分析得到振幅為±50 μm，振動(dòng)頻率為70Hz時(shí)將產(chǎn)生1μW的功率，而在頻率為330Hz時(shí)將產(chǎn)生大約330μW的功率。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)激振振幅為0.5μm，激勵(lì)頻率為4.4kHz時(shí)，在加速度為382m/s²，采集裝置的感生功率為0.3μW[3]。

圖 1 英國(guó)Sheffield大學(xué)提出的電磁式發(fā)電器截面圖

振動(dòng)具有高能量密度且微型振動(dòng)發(fā)電機(jī)可以無(wú)限、持續(xù)地作為低功率自供電設(shè)備（傳感器等）提供電能[4]。文獻(xiàn)[5]中提出了一種采集低頻環(huán)境下振動(dòng)的抗磁懸浮振動(dòng)能量采集器，當(dāng)熱解石墨距離懸浮永磁體的位置不同時(shí)，系統(tǒng)對(duì)外界的頻率響應(yīng)不相同。并通過(guò)仿真分析，當(dāng)系統(tǒng)受到外界的加速度為6.25 m/s²，頻率輸入為2~12 Hz，線圈產(chǎn)生最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)145 mV，最大輸出功率為19.7μW。王佩紅、魯李樂(lè)等人[6]設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)新穎的振動(dòng)能量采集結(jié)構(gòu)，其體積大約為200 mm³。測(cè)試表明：在加速度為3g (g=9.8m/s²)的外界輸入沖擊下，負(fù)載兩端的交流電壓峰峰值為32.5mV。

李偉、車(chē)錄鋒等人[7]基于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)新穎的橫向電磁式振動(dòng)能量采集器，能量采集器尺寸為7.2 mm×6.0mm×2.3mm。測(cè)試表明質(zhì)量塊一彈性梁振動(dòng)系統(tǒng)的一階固有頻率為241 Hz；在頻率為241Hz、加速度為2.8 m/s²動(dòng)激勵(lì)下，負(fù)載兩端產(chǎn)生的交流電壓峰峰值為9.2 mV。楊曉光、汪友華等[8]對(duì)振動(dòng)能量采集裝置進(jìn)行了探索，提出了一種新型的振動(dòng)發(fā)電裝置，該裝置采用兩端固定環(huán)形永磁體構(gòu)成磁彈簧，運(yùn)動(dòng)永磁體的內(nèi)側(cè)和外側(cè)分別纏繞線圈。測(cè)試表明，當(dāng)振動(dòng)發(fā)電裝置在振動(dòng)頻率為20Hz，振幅為5mm時(shí)，最大輸出功率為28.3mW，開(kāi)路電壓的有效值為5.1V。王祖堯等[9]通過(guò)引入線性彈簧振子，將單自由度非線性磁力懸浮能量采集器擴(kuò)展到兩個(gè)自由度，研究了系統(tǒng)質(zhì)量比、頻率平方比和非線性系數(shù)比對(duì)增強(qiáng)共振強(qiáng)度、擴(kuò)大共振區(qū)域，也就是提高能量采集的強(qiáng)度和帶寬的影響。為提高振動(dòng)發(fā)電機(jī)對(duì)多方向振動(dòng)環(huán)境的適應(yīng)能力，劉祥建等[10]研究多方向發(fā)電性能問(wèn)題，可以進(jìn)一步提高環(huán)境能量的采集效率。因此，多方向的能量采集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是有效提高環(huán)境中微振動(dòng)能量俘獲途徑之一。

通常，科研者都期望能量采集裝置的諧振頻率與初級(jí)環(huán)境振動(dòng)頻率匹配，以獲得最佳的能量收集性能。 D. Lin等[11]通過(guò)在二維空間中向該裝置施加磁力來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)諧，使得產(chǎn)生的磁力具有水平分量和垂直分量，期望能量采集裝置的諧振頻率與初級(jí)環(huán)境振動(dòng)頻率匹配，以進(jìn)一步提高裝置能量采集效率。文獻(xiàn)[12]綜述了目前國(guó)內(nèi)外研究者們所提出的各種典型電磁式微振動(dòng)能量采集方案，但裝置基本只能采集單一方向的振動(dòng)能量，無(wú)法很好的采集復(fù)雜環(huán)境中的多方向振動(dòng)能量。由此可見(jiàn)，現(xiàn)有電磁式振動(dòng)能量采集裝置主要集中在如何進(jìn)一步提高環(huán)境中的微小振動(dòng)能量采集的效率。

本項(xiàng)目擬在目前已有的研究基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種新型的高效率微動(dòng)能量俘獲裝置，并且通過(guò)軟件分析以及實(shí)驗(yàn)的方法獲取裝置相關(guān)參數(shù)，并進(jìn)行再次優(yōu)化設(shè)計(jì)。然后基于設(shè)計(jì)的微動(dòng)能量俘獲裝置，使得俘獲的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成為電能并供給微功耗裝置使用。

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本項(xiàng)目學(xué)生有關(guān)的研究積累和已取得的成績(jī)

課題組成員通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的相似發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了深入總結(jié)，并且針對(duì)目前振動(dòng)發(fā)電裝置中存在的問(wèn)題與缺點(diǎn)，對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行了預(yù)研，并提出了初步的設(shè)想和解決方案。

本項(xiàng)目預(yù)研的電磁式直線振動(dòng)能量俘獲裝置(如圖2)，主要由能量俘獲部分以及能量轉(zhuǎn)換部分組成。本系統(tǒng)能量俘獲部分部分主要包括：外管殼、定磁鐵、動(dòng)磁鐵、緩沖層等組成。當(dāng)外界產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)(如：汽車(chē)在顛簸的路面上行駛、海洋表面波浪的振動(dòng))，外管殼與外界直接相連，跟隨外界做同步振動(dòng)。同時(shí)動(dòng)磁鐵部分由于與定磁鐵相互作用而懸浮于管殼內(nèi)部，當(dāng)外界發(fā)生上下振動(dòng)時(shí)，動(dòng)磁鐵由于慣性作用將做相對(duì)于外管殼的上下振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。能量轉(zhuǎn)換部分即基于法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)動(dòng)磁鐵相對(duì)于外管殼上下振動(dòng)時(shí)，穿過(guò)固定子在外管殼上面的線圈繞組的磁通量將發(fā)生變化，由此在線圈繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

圖2裝置的初步工作原理簡(jiǎn)圖

項(xiàng)目組成員承擔(dān)或參加過(guò)多項(xiàng)新能源以及電力相關(guān)的項(xiàng)目，科研、動(dòng)手實(shí)踐能力較強(qiáng)，具有較好的研究基礎(chǔ)和豐富經(jīng)驗(yàn)，為本項(xiàng)目的順利實(shí)施提供了保障：（1）楊立新，對(duì)物理數(shù)學(xué)基礎(chǔ)扎實(shí)，作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人或者參與者，參與較多的項(xiàng)目，曾與黃鏡亮一同參加過(guò)電子設(shè)計(jì)大賽，并一起設(shè)計(jì)制作《環(huán)境能量采集充電裝置》參與物電杯；（2）葉妮娜，英語(yǔ)好，文獻(xiàn)調(diào)研能力強(qiáng)，可以查閱國(guó)外相關(guān)研究進(jìn)展；（3）李振良，范澤軒，動(dòng)手能力和實(shí)踐能力均較強(qiáng)，為裝置的試制提供了有力保障。

此外，目前所有團(tuán)隊(duì)成員均學(xué)過(guò)《電機(jī)學(xué)》、《電路》、《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》，以及《電磁學(xué)》或者《大學(xué)物理》，理論知識(shí)扎實(shí)，可以為項(xiàng)目的實(shí)施提供理論指導(dǎo)，保障項(xiàng)目的實(shí)施與完成。

項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)和特色

本項(xiàng)目的特色在于設(shè)計(jì)的微動(dòng)能量俘獲裝置能夠采集環(huán)境中微小振動(dòng)能量，充分利用環(huán)境中能量并轉(zhuǎn)換成為電能，給微功耗裝置供電，有望提供一種適用于物聯(lián)網(wǎng)傳感節(jié)點(diǎn)、微功耗傳感設(shè)備的全新供電技術(shù)。其創(chuàng)新點(diǎn)在于：

(1) 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)“懸臂-彈簧”結(jié)構(gòu)，能最大程度的多方向俘獲環(huán)境中振動(dòng)能量，確保換能裝置俘獲環(huán)境能量并轉(zhuǎn)換成電能，輸出電能完全足夠滿足微功耗傳感節(jié)點(diǎn)使用。

(2) 本項(xiàng)目結(jié)合實(shí)際應(yīng)用為微振動(dòng)能量采集裝置設(shè)計(jì)高效率能量管理電路，可有效管理能量采集裝置俘獲環(huán)境中的振動(dòng)能量，匯聚能量，短時(shí)間放電工作可有效替代電池供電的方式或者用于某些不宜更換電源的特殊場(chǎng)合。

項(xiàng)目的技術(shù)路線及預(yù)期成果

【技術(shù)路線】

本項(xiàng)目的通過(guò)微動(dòng)能量俘獲裝置的設(shè)計(jì)，采集環(huán)境中微小振動(dòng)能量并轉(zhuǎn)換成為電能，供微功耗裝置供電。擬采用如圖 3技術(shù)路線完成能量轉(zhuǎn)換裝置。

圖 3技術(shù)路線

【技術(shù)路線分析】

(1) 數(shù)學(xué)模型理論分析：建立數(shù)學(xué)模型，從原理上分析影響電磁式振動(dòng)能量采集效率的因素，并提出切實(shí)可行的方法以提高能量采集效率。依據(jù)提出的改進(jìn)方法，設(shè)計(jì)并且建立可行的能量采集模型；

(2) 軟件仿真分析：通過(guò)ANSYS有限元軟件對(duì)振動(dòng)能量采集模型進(jìn)行電磁仿真，研究表格1 中變量與輸出電壓關(guān)系：

表格1變量與輸出電壓關(guān)系

恒定量

變量

處理

磁場(chǎng)、線圈匝數(shù)、振動(dòng)、懸臂等相同

動(dòng)子質(zhì)量M（運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量）

U-M圖

磁場(chǎng)、線圈匝數(shù)、振動(dòng)、動(dòng)子等相同

懸臂L（懸臂長(zhǎng)、寬、高）

U-L圖

磁場(chǎng)、振動(dòng)、懸臂、動(dòng)子等相同

線圈匝數(shù)N

U-N圖

磁場(chǎng)、線圈匝數(shù)、振動(dòng)、動(dòng)子等相同

線圈與磁鐵之間距離X

U-X圖