电磁与压电复合式振动能量收集系统研究*

桑英军，滕 藤，曹 阳，范媛媛，盛政霖，黄静雯，董 昭，尹明宇

（1.淮阴工学院自动化学院，江苏 淮安 223003；2.淮阴工学院数理学院，江苏 淮安 223003）

0 引 言

随着微机电系统（micro-electro-mechanical system，MEMS）、低耗能传感器和集成电路技术的快速发展，无线传感器网络（wireless sensor networks，WSN）的应用越来越广.WSN因其结构中传感器节点体积微小、廉价、部署简单等优点，被广泛应用于健康检测、环境监测、居家生活以及军事等各种领域［1］.目前，市场上大多数无线传感器的节点供电方式是电池供电，而传统化学能电池自身存在能量有限、需定期更换和污染环境等缺陷，难以发挥无线传感器的最大作用［2-4］.考虑到微电子器件功耗通常极小，已经有学者利用周围环境中随处可见的振动能量为其供电.这类通过将环境中的振动能转化为电能的装置统称为振动发电装置.基于环境振动的微型发电装置具有体积小、重量轻、使用寿命长、经济环保和可延长微系统的使用寿命等优点.所以，将周围环境中振动能转换为电能的微型俘能装置已经逐渐成为研究的热点之一［5-7］.

在国外，Poulin-Vittrant等［8］较早研究了利用人体动能为便携式手提设备提供能源，并分析研究了系统的数学模型；Wacharasindhu 和 Kwon［9］设计了一种微型发电机，通过压电转换极值和电磁感应原理将手指敲击键盘时产生的机械能转变为电能，实验结果表明，压电部分生成的最大输出能量为40.80 μW，电磁部分产生的最大输出功率为1.15 μW；Challa等［10］利用悬臂梁压电-电磁集成发电原理模型，推导了压电-电磁……