丁志强， 陈仁文， 章飘艳， 夏桦康， 杨　沛

(南京航空航天大学 机械结构力学及控制国家重点实验室，南京　210016)



球形永磁阵列振动能量收集器设计与优化

丁志强， 陈仁文， 章飘艳， 夏桦康， 杨沛

(南京航空航天大学 机械结构力学及控制国家重点实验室，南京210016)

摘要：为实现多方向环境能量收集，设计球形电磁式振动能量采集器。基于二维Halbach阵列设计的球面Halbach永磁阵列，较传统永磁阵列能提高线圈中磁链变化梯度，从而提高结构输出性能；建立数学解析模型，据解析结果对模型各参数进行优化；对该模型进行有限元仿真分析及实验性能测试。结果表明，该模型能有效响应空间任意方向振动，进而转化为电能；外部激励为10 Hz、激励为水平方向、负载阻值50 Ω时，该球形振动能量采集器输出电能达最大，单个线圈中最大负载功率可达0.8 mW。

关键词：振动能量采集；电磁式；多方向；Halbach阵列；有限元

随科学的高速发展，环境能量采集技术应运而生[1]。环境能量采集指将自然界中广泛存在的环境能量如太阳能、风能、热能、振动能等利用各种换能材料或结构转换成电能并存储利用[2]。而环境能量中的振动能作为最常见能量形式可通过能量收集装置收集，用于补充或取代传统的电力供应。环境振动能量具有高效、便携、环保、性价比高等优点，因而具有较高研究价值及应用前景[3]。目前环境振动能量采集主要有静电式[4-5]、电磁式[6-10]及压电式[11-13]三种，其中电磁式振动能量采集器以体积小、输出电能大等最具优势。……