电磁式振动能量回收的研究

压经变压器升压后，输入LTC3108芯片的有效电压范围是: 5〜50V,而振动体装置回收的电压幅值粗略计算为4. 2V,根 据LTC3108芯片手册推荐的变压器，选择LPR6235-253PMR变 压器，匝数比为1:20,升压稳压电路输出稳定的4. IV电压。 能量回收电路系统如图3,包括振动体回收的能量、LTC3108
o引言
随着科学技术的发展，无线传感器网络系统得到广泛地 应用，然而其供电问题正日益凸显。一般的，我们使用传统电 化学电池为大量的无线传感器节点供电，然而电化学电池存 在着使用寿命短和电池化学物污染环境等缺点。因此，为无 线传感器节点探索一种新的供电方式是十分有意义的。大自 然中的振动能源丰富，是一类持续稳定的资源。
设计研发
2021.12
电磁式振动能量回收的研究
卢涛 （长江大学，湖北荆州，434023）
摘要：本文设计了一种基于电磁振动的能量回收装置,它利用法拉第电磁感应原理，将环境中的振动能转化为电能。收 集的电压经能量回收电路变换,实现给无线传感器节点供电或锂电池充电。 关键词：振动能；能量回收；无线传感器节点；电磁阻尼
质量块将会左右对称运动，质量块运动过程中引起电磁感应 系统中螺线圈的磁通量变化，线圈将会产生感应电动势。质量 块的重量为m,弹簧的弹性系数为k,电磁感应系统的电磁阻尼
为ce0由牛顿第二定律可以推导出质量块的运动方程如下： mx + cT（x -y） + 2k（x _ 刃=0
根据该数学模型研制出电磁阻尼器，并在此基础上制作 了一个振动台，最后构成了电磁式振动体装置。装置实验过 程中产生的电压曲线如图2所示。
收集能量的方式多种多样,其工作方式主要有三种：压 电式、静电式和电磁式。综合分析后,选择电磁式能量收集方 式来回收环境中的振动能。因为电磁式振动能量釆集器回收 得到的电压是交变的波动信号,所以需要经过能量回收电路 变换后才能被高效稳定地利用。通常，能量回收电路包括升
压电路、整流电路和DC-DC变换电路等。通过分析电磁式振动 体装置回收电压的特点,最后选择性能优良的TLC3108能量
(上接第126页)
参考文献
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晅HS
F I FC1THONIC TFST
⑶么洪伟.基于网络安全维护的计算机网络安全技术应用
3整个能量回收流程
装置能量回收的过程包括:外界振动激励源的发生，电 磁振动体装置的拾振系统将外界振动转化为电磁阻尼器的 规则振动，电磁感应系统将振动能转换成电能，收集的电压
经过升压稳压电路转换,最后稳定的电压输出给各种储能器 件储能或低功耗设备供电。
4结束语
以往的振动能量回收研究基本是釆集垂直方向的振动 能,并且主要使用悬臂梁结合压电陶瓷或磁铁线圈的方式来 收集竖直方向的振动能.国内关于电磁振动能量回收的研究 大多停留在理论仿真阶段，而且已经做出的实物均是微尺寸 的,主要应用于人体运动过程或者人体呼吸等方面的能量回 收。本文设计的电磁振动体装置可以较好地釆集水平方向振 动能，电磁阻尼器的结构简单而实用，主要应用于高楼层的 建筑物。由于选择的能量回收电路可行优良性，输出的恒定 电压值，保证了回收能量供能的稳定性和可持续性。因此，装 置回收的电能可以有效地为锂电池充电和低功耗设备供电。
芯片典型应用电路和锂电池充电保护系统。
2. 2简易锂电池充电保护系统 LTC3108芯片输出直接给低功耗设备供电或者经由锂电
池充电保护系统给锂电池充电。锂电池充电保护系统由低功
耗单片机MSP430和两mos管组成，MSP430单片机的Pl_0 脚检测锂电池两端电压，Pl_l脚控制mos管T2的通断，间 接控制mos管T3的开关状态。利用MSP430单片机内部自带 的AD每隔1秒采集一次锂电池两端的电压值,将釆集的信息 与锂电池满电压值4. 2V作比较，当Vm>4.2 V时，MSP430 单片机间接控制MOS管T3截止(MOS管T3接在V0UT和锂电 池正极之间)，锂电池充电停止；当Vtt#<4. 2V时，电路保持 正常充电状态。
图2实验中装置产生的电压曲线
2能量回收电路系统的设计
2.1升压稳压电路设计
能量回收电路一般使用变压器对正弦电压升压,二极管 的全桥整流电路整流，稳压二极管稳压或集成芯片输出稳定 电压。基于本文振动体装置回收的能量功率小，因此能量回 收电路着重低功耗设计。因为外围电路越少，电路消耗的功 率越小,优先选择升压稳压集成芯片。
Research on Electromagnetic Vibration Energy Recovery
Lu Tao (Yangtze University, Jingzhou Hubei, 434023)
Abstract； This paper designs an energy recovery device based on electromagnetic vibration, which uses the Faraday electromagnetic induetion principle to convert vibration energy in the environment into electrical energy. The collected voltage is transformed by the energy recovery circuit to realize the power supply of the wireless sensor node or the charging of the lithium battery. Keywords； Vibration energy; energy recovery; wireless sensor node; electromagnetic damping
LTC3108升压稳压芯片是一款专为能量回收应用设计 的低功耗集成芯片，内部含有全波整流器，输出一个可调的 稳定电压。当外界振动能量不能持续提供时，LTC3108芯片 的Vstore引脚存储的电能将给输出引脚供能。因为收集的电
晅112
Fl FCTRONIC TFST
2021.12
设计研发
图3能量回收电路系统
分析[J],数码设计.2020(7): 2-2.
⑷杨宗锋.基于计算机网络安全中的防火墙技术应用研究
[J].信息记录材料.2020(21):209-210.
转换芯片,设计了简易锂电池充电保护系统用于保护锂电池 的充电安全。
1电磁式振动体模型的分析
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电磁感应
J.
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亲统C.
j w w \y
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y x/ x/ I
图1基于电磁阻尼的能量回收物理模型
如图1所示为基于电磁阻尼的能量回收物理模型，它由
质量块（永磁体）、螺旋线圈、无磁滑杆和弹簧组成。当整体 受到外界水平振动激励时，由于两根弹簧的弹性系数相同，
参考文献
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