電磁式換能

   根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,電磁轉(zhuǎn)換器依靠由通過導(dǎo)體線圈的磁通量變化而引起的電動(dòng)勢。對(duì)于能量采集器,磁通量B的來源通常是永磁體。OPA2241UA連接到線圈或者磁鐵的質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)引起了磁通量的變化,在線圈中產(chǎn)生電流。電磁采集器的一個(gè)例子顯示在圖9.16中。在這個(gè)系統(tǒng)中,線圈是固定的,NdFeB磁鐵附著于一個(gè)懸臂形狀的振動(dòng)結(jié)構(gòu)中。這個(gè)器件的質(zhì)量塊質(zhì)量為 0.06g,振動(dòng)頻率為52Hz時(shí),能產(chǎn)生的弱uW功率。

   輸出功率的優(yōu)化:Sterken發(fā)展了描述轉(zhuǎn)換器的線性化模型,對(duì)于質(zhì)量塊的小的位移是有效的:5:]。從這些模型中,可以導(dǎo)出消散到外部負(fù)載電阻R的功率的封閉形式表達(dá)式。對(duì)于上面描述的3種轉(zhuǎn)換機(jī)制,采集功率的表達(dá)式能夠用同樣一個(gè)表達(dá)式來表明。此外,當(dāng)正弦輸人振動(dòng)頻率ω等同于機(jī)械諧振器的諧振頻率吼時(shí),能夠獲得功率最大值Pm。此外,電阻必須匹配采集器阻抗的絕對(duì)值。Pm的表達(dá)式在方程式(9.8)中給出。

   式中,Κ為采集器的有效機(jī)電耦合系數(shù),它與在一個(gè)振蕩周期機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能 的數(shù)量有關(guān)。在最佳發(fā)電量時(shí),'Qm的積必須達(dá)到方程式(9.7)給出的理論極限最大值。

   正如討論的簡單模型,在考慮發(fā)電量時(shí),輸入振動(dòng)和振動(dòng)質(zhì)量汛的頻率ω和振幅zO是主要的參數(shù)。也應(yīng)通過限制寄生耗散來增加Qm。降低由于壓力引起的不希望的阻尼可以通過使用真空包裝來實(shí)現(xiàn)[59]。另一方面,由于結(jié)構(gòu)和錨固損耗導(dǎo)致的寄生耗散最小化仍然是一項(xiàng)復(fù)雜的工程任務(wù).