1. 目的及意义

1.1设计目的及意义 ：

随着无线传感器、无线网络及各种微型低功耗器件的发展，传统化学电池因其体积大，使用寿命短，反复拆卸等弊端已无法满足工程需求，利用太阳能、机械振动能、温差能等可再生能源代替传统化学电池成为近几年研究的热点。与太阳能、温差能等环境能量相比，机械振动不受光照时间与温度的影响，可持续稳定地从周围环境中获取能量，有较好的应用前景。获取振动能量的方式主要包括压电式、电磁式、静电式。相比于后两种方式，利用压电材料的压电式振动能量收集方式能量密度大，受电磁干扰较小，更具稳定性。所以我们主要研究压电俘能器。

1.2国内外研究现状：

南洋理工大学的 Tang Li Hua等人提出了一种磁耦合的双悬臂梁压电俘能器，两个悬臂梁的末端都固定有磁铁并且在垂直方向规则排列。在激振加速度为 2 m/s2 时，该俘能器利用磁铁间的相互作用力能够实现俘能频宽 41%的增加，功率输出的幅度也提高了100%。

弗吉尼亚理工学院的 A.Erturk 等人介绍了一种磁弹性压电俘能器，该结构可大幅度提高的压电发电量的收集在振动环境中。与传统的压电俘能器相比，压电磁弹性俘能器在开路下峰值电压增加了 200％，输出功率有望提高 800％的幅度，并且证明了压电磁弹性结构在宽频俘能的优越性。

西安交通大学的曹俊一等提出了一种磁耦合非线性压电俘能器。如图 1.1所示，在压电悬臂梁的末端固定有磁铁，在梁的末端附近装有对称的两个外部磁铁。该压电俘能器通过改变其外部磁体的角取向来实现宽频俘能。上下扫频谐波励磁测试在 0-25Hz 范围内以恒定加速度进行。数值模拟和实验结果输出频率响应曲线之间有非常好的一致性。通过改变磁体的方向可以实现压电俘能频宽为 4-22Hz的低频范围内俘获外部环境能量。

麻省理工大学的Nathan S设计了一种压电发电鞋。如图1.2所示，该结构包含了压电俘能结构、整合电路以及储能元件。其中压电结构主要由金属层与上下两个压电材料组成。利用人在行走过程中PZT双晶片形变而产生电流，通过整合电路到储能元件为ipod等电通过整合电路到储能元件为ipod等电子传感器件充电。

图 1.2 压电发电鞋