论文部分内容阅读
随着能源议题的不断升温,将我们日常生活所必需的能源再生利用的绿色概念,催生了一场开发能量收集技术和标准的竞赛。从环境中提取未利用能源的能量收集技术,正日益成为各应用领域中有力的竞争方案。低频振动在日常生活中无处不在,其振动产生的能量往往直接被忽略。收集低频振动能量并将其转换为电能,进而替代化学电池为无线传感结点或者物联网节点等低功耗设备提供电能,不仅延长了节点的使用寿命,而且避免了频繁更换电池带来的环境污染。 本文针对日常生活中的低频振动,设计了一种电磁式能量收集装置,该装置根据机电转换原理利用永磁体代替通常电磁装置中的励磁,形成闭合回路,在有限空间和运动范围内最大限度提高磁链变化率,大幅度提高了能量转换效率。本文的主要工作内容及难点如下: (1)查看并研究大量文献,对电磁式能量收集装置的研究现状和发展趋势进行分析并归纳总结,发现大多数电磁发电装置发电效率低的原因。在电磁式能量收集装置中引进闭合磁路,设计了高效、可在低频振动的环境下工作的电磁式能量收集装置。 (2)根据本文提出的装置结构,详细分析了该装置的工作原理,并充分阐述了该装置涉及的基本原理。对大量铁芯材料进行试验对比分析,设计铁芯支撑结构,并得出结论铁芯材料是影响输出电压幅值的主要因素。 (3)使用专业的电磁场分析软件对器件进行真实的三维立体建模仿真,以便对实物有准确的设计。确定当振动频率为1Hz,线圈匝数为800时线圈空载感应电动势可达12~15V。 (4)设计了基于电磁式能量收集装置的无源无线开关,并搭建电源管理电路,射频电路和接收电路。实际检测表明,装置可将手指一次的按压机械能转换为电能供超低功耗射频电路连续发送2帧数据且在室内15m内有效传输,实现自主供电,无线发射。以华北水利水电大学花园校区6号楼为例,分析了电磁式无源无线开关的经济效益。