电磁式振动能量回收的研究

卢涛

(长江大学，湖北荆州，434023)

0 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。

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采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

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，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ce。由牛顿第二定律可以推导出质量块的运动方程如下：