新型宽频率范围振动能量收集器！结构简单、成本低、输出功率高

目前，给这些传感器供电的化学电池存在寿命有限、改换困难、污染环境等问题。
将环境中存在的能量，如热能、太阳能、风能、磁场能、振动能等，网络起来给传感器供电为办理这些问题开辟了新的路子。

个中，太阳能、风能、热能随意马虎受到景象变革的影响和地理位置限定。
振动能量分布极为广泛，工业设备、建筑行业、家电、交通工具以及人体运动中都存在着丰富的振动能量。
此外，振动能量还是一种绿色能源，清洁环保。

国内外研究学者提出的常见的振动能量网络办法有电磁式、静电式、压电式]等。
个中，电磁式能量网络是利用法拉第电磁感应定律将机器振动能转换为电能。
目前，电磁式振动能量网络装置大多为谐振式能量网络装置，通过共振使网络装置的拾振构造产生较大的位移，从而输出较大的功率。

这种装置的缺陷是事情频率单一，仅能网络环境中特定频率下的能量，利用场景十分受限。
环境中的振动能量具有随机性和时变性，为了更好地网络环境中存在的振动能量，哀求振动能量网络装置能够网络宽范围频率下的振动能量。

目前实现宽频振动能量网络的方法紧张有调谐法、非线性法、多模态法、升频法等。
调谐波、非线性法的带宽较窄。
多模态法、升频法的带宽较宽，但机电构造常日较繁芜，不易加工。

现有的实现宽范围的能量网络装置构造繁芜且体积较大。
为了改进单共振点振动能量网络器频率范围窄，对环境中随机分布的宽频率范围振动能量网络功率低的问题，国网上海市电力公司电力科学研究院、强电磁工程与新技能国家重点实验室（华中科技大学电气与电子工程学院）的高凯、彭晗 等，在2023年第10期《电工技能学报》上撰文，提出一种通过大略的基于非对称弹簧组合形成的振动能量网络器，可以网络两个频率范围内的振动能量，具有构造大略、本钱低、输出功率高档优点。

图1 样机部件图

研究者首先在阐述振动能量网络器基本事理的根本上，剖析了波折横梁弹簧构造特性以及关键参数对付共振频率的影响规律。
在此根本上，提出一种基于非对称弹簧的宽频率范围振动能量网络装置，详细谈论了其构造的基本事理和运动模式，并对不同弹簧组合形成的网络器进行了仿真剖析。

图2 实验平台示意图

研究者末了制作了样机进行实验，得到不同的非对称弹簧下的输出特性，个中1 mm厚度的非对称弹簧构造在67 Hz、115 Hz的振动勉励下输出功率分别达到1.36 mW和0.16 mW，网络频率范围提高一倍。

图3 测试系统实物

他们末了表示，非对称平面弹簧构造能够实现两个频率下的能量网络；通过改变非对称弹簧的参数可以制作针对不同频率振动能量进行网络的装置；这是一种充分平衡频率范围、输出功率、设计繁芜度、本钱的宽频率范围振动装置网络的实现方案。

本事情成果揭橥在2023年第10期《电工技能学报》，论文标题为“基于非对称弹簧的宽频率范围振动能量网络器”。
本课题得到国家电网有限公司科技帮助项目的支持。