一种能源收集/变换装置的设计(3)

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本系统主要包括：能量收集装置和能量收集电路两大部分。系统总体框图如图2-1所示。

能源收集变换装置总体结构框图

图2-1 总体结构框图

（1）能量收集装置

能量收集装置的作用是采集绿色能源，主要包含三部分：a)压电能收集器；b)电磁能收集器；c）太阳能收集器。

压电能量收集：将振动能转换为电能的装置。要合理选用压电材料组成减速带型能量收集装置，使其具有耐压、耐震、能量转换效率高等特性。

电磁能量收集：采用磁铁和电磁线圈构成电磁式振动能收集器，有效地收集振动能量。

太阳能收集：选用太阳能收集材料，确定其适用范围并实现较高性价比。

（2）能量收集电路

能量收集装置电路主要将收集到的能量转换成一个等级的直流电压，输送给储能电路。通过将收集到的振动能、太阳能通过电能检测，进行整流滤波，整合后进行存储或利用，如图2-2所示。

能量收集电路逻辑图

本文所设计的装置可用于无线传感节点、车辆上的电子装置、停车引导系统、野外作业、以及其他需要绿色能源的场合，用途广泛。如果收集电路采用CMOS工艺批量化生产，将是一种低成本、环保节能地新型电源，具有广阔的市场前景。

3 能量收集装置结构设计

本章将对能量收集装置的结构设计进行阐述，分为太阳能电池与振动能收集结构两部分，振动能能量收集结构部分将从振动能量收集原理触发，建立理论模型，根据模型分析计算确定方案，最终制作出装置。源:自/751~·论,文'网·www.751com.cn/

3.1 振动能量收集结构设计

目前，振动能量收集的原理有以下几种：电磁式、压电式、静电式、磁致伸缩和磁电复合式发电等，其中电磁式收集方式成本低、输出功率大，压电式收集方式装置简单，不需要初始电压，无电磁干扰，不易发热，易加工制作，因此本文选用这两种方式实现振动能量收集。文献综述

3.1.1 压电式结构设计

本小节将简要阐述压电式发电原理与常用结构，结合原理建立压电悬臂梁能量收集装置理论模型，简要分析悬臂梁振动模式，确定其形变最大位置作为压电片贴合位置。

3.1.1.1 压电式发电原理

压电式发电是利用压电材料的压电效应将振动机械能转换为电能的发电方式[25]。其发电方式产生的感应电动势较大而电流较小。压电转换方式比电磁转换和静电转换具有更高的功率密度。且基于压电转换的能量收集装置结构简单，易于微型化和系统集成。

影响压电式发电效率的两个因素为：高性能压电材料的选择和机械结构的设计。

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