摘要：为了实现低频、多方向能量收集和高输出性能,提出了一种圆弧螺旋结构的压电能量收集系统。该圆弧螺旋压电能量收集系统不仅可以降低谐振频率,减少系统体积,而且圆弧型悬臂梁具有不对称性,因此可以进行多方向收集。理论分析不同弧度下能量收集系统的应力分布、谐振频率以及输出性能。加工制备了2π、3π和4π圆弧螺旋压电振动能量收集系统并进行了性能测试对比。研究结果表明,4π圆弧螺旋压电能量收集系统具有更好的输出性能,谐振频率为47 Hz,输出电压达到23 V,输出功率达到353μW。该圆弧螺旋压电振动能量收集系统可应用于人体健康检测、环境控制系统、嵌入式系统、军事安全等应用领域。

摘要：文中研制了一种电磁式振动能量收集器,可实现WSN节点自供能工作。针对电磁式振动能量收集器建立了电磁感应模型,分析了电磁式振动能量收集器的线圈尺寸对输出性能的影响。采用COSMOSWorks有限元软件模态分析方法,研究了3种拓扑结构的圆弹簧共振模态和频率,完成样机尺寸的优化设计。加工组装了一系列样机,并对其幅频特性、负载特性进行测试与分析,结果显示共振频率越低,振动速度和幅度越大,输出电压越大,最大为2#铜样机的3.04 V,1#铜样机输出功率最大为2.28 mW。

摘要：在应用了电磁式振动能量收集技术的无线传感器网络节点中,针对半导体芯片在微能量供电的情况下会锁定在一个较低的亚阈值电压使其无法正常工作的问题,文中设计了具有迟滞触发特性的振动能量收集器管理电路。该电路在储能电压达到阈值之前,开关断开,保证存储足够能量。通过Proteus软件对管理电路进行仿真并分析其工作原理。设计管理电路PCB,完成联调测试。实验证明:电路具有明显的迟滞触发性能,静态功耗低,能稳定为无线传感器网络节点提供充足电能。

摘要：MEMS低真空封装技术能为MEMS器件的可动部分提供低阻尼环境,降低能量损耗,有效提高器件的能量转换效率,具有重要的研究意义和应用前景,是MEMS技术的研究热点和难点。为了进一步提高MEMS压电振动能量收集器的输出性能,提出了圆片级低真空封装的共质量块MEMS压电悬臂梁阵列振动能量收集器新结构,通过有限元分析方法对器件结构参数进行了优化设计,在优化结构参数下仿真器件输出性能:在610 Hz、2 gn加速度下,器件的输出电压为8.88 V,输出功率为1220μW,能满足实际应用需求;根据器件结构设计了加工工艺流程,对低真空封装结构的实现和封装工艺探索具有重要意义。

摘要：近年来,随着微能源的发展,微型压电振动能量收集器得到了广泛关注,但传统d31模式PZT薄膜微型压电振动能量收集器输出电压普遍较低,难以满足应用需求。为提高微型压电振动能量收集器的输出电压,论文提出了共质量块悬臂梁阵列压电振动能量收集器新结构,该结构包含压电悬臂梁单元组成的阵列和一个质量块,悬臂梁阵列共用质量块。采用有限元方法对该结构进行了优化设计,得到压电悬臂梁单元优化尺寸为3 mm×2.4 mm×0.05 mm,硅质量块优化尺寸为8 mm×12.4mm×0.5 mm。设计了MEMS压电阵列振动能量收集器加工工艺流程,加工出原理样件。在1 gn加速度,239.7 Hz谐振频率激励下,测试得到样件输出开路电压有效值为9.16 V;在最优化负载200 kΩ下,负载输出电压有效值为5.51 V,输出功率为151.8μW。

摘要：基于轮胎振动的微型能量收集器具有寿命长、免维护、重量轻等优点,能实现对胎压监测系统的供电。介绍了用于胎压监测系统的压电式、电磁式、静电式三种能量收集器的研究进展,比较了三种能量收集器的性能。研究结果表明,压电式能量收集器最适宜为胎压监测系统供电。对于设计影响因素,除了考虑安装位置、适用车速、能量需求等主要因素,还要考虑温度、成本等其他因素。

摘要：基于汽车运动过程,研究了宽车速范围的微型振动能量收集器,提出了一种应用于胎压监测系统(TPMS)的梯形阵列式压电振动能量收集器。在优化固有频率的情况下,对能量收集器的结构参数进行了仿真优化设计。仿真结果表明,在最优结构参数下,车速范围为80~120km/h时,能量收集器的输出功率范围为1 620~9 600μW。该能量收集器可以工作在较宽车速范围,输出功率高。这为TPMS的无线供电提供了新的设计思路。