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便携式振动手机充电 一 立项的背景和意义随着时代的发展，科学技术的发展，科技充斥着我们生活的每一个角落，为我 们的生活提供了无限的方便，这全因为科技为人类的造福！但是还是有很多细节 的方面，依靠我们现在的成熟的科技还能够更加丰富我们的生活，想必这就是科 技的魅力吧！随着人们对能源和环境的关注，可直接利用物体的机械振动发电的 直线振动发电机成为研究的热点。振动无处不在，如活塞的运动、车辆的抖动、 人走路运动时产生的振动，甚至娱乐器械中产生的上下运动等，这些都可以作为 直线振动发电机的动力来源。原本这些振动通常被忽略，或被机械减震器和其 他设备吸收，导致能量白白流失。小型直线振动发电机可以持续的给电池充电， 其具有结构简单、 制造容易、 不污染环境、 体积多变和可持续提供高效电等优点! 能够适用于多种需要低压电的工业系统。它能时时刻刻的给手机充电，实用性非 常的高，根本不用担心手机没电！当手机快速充电站还不是很普遍，电池耐久性 还不是不高的时候，便携式振动手机充电器就是我们的最佳选择！再也不会出现 火车上无聊时，手机却没电听歌；再也不用担心旅途在外忘记带充电器而错过重 要的电话，甚至再也不会提到手机能够待机多长时间这个问题了。。。 。。。二、项目主要研究开发（产品开发）内容、技术关键以及科研创 项目主要研究开发（产品开发）内容、技术关键以及科研创 新的主要方式。 新的主要方式。该作品着眼于当今社会发展的趋势，为的就是方便人们的生活。应用了一种新型 永磁体外置式直线振动发电机结构， 该型发电机将永磁体放置在绕组和铁心外部， 作为发电机的运动元件，通过上下运动在绕组内部产生交变的感应电动势，经二 极管整流后可以实现低压直流供电，及充电。 在该发电机中绕组线圈缠绕在圆柱型铁心周围，固定在发电机内部；环形钕铁硼 永磁体放置在绕组外部作为运动部件，采用轴向充磁方式；发电机两端面装有弹 簧，不仅可以消除永磁体和端面间的机械磨损，还可以提高发电机的性能，当发 电机运动频率与弹簧频率相同时，可以形成共振，此时发电机性能最佳。该发电 机运行原理比较简单，当发电机受到振动时，永磁体随之上下运动，与绕组相对 位置发生变化，进而引起绕组交链磁链的改变，导致绕组中产生交变的感应电动 势，实现对外部的供电。设永磁体充磁方向向上，则由绕组上方向下方时，绕组内向下的磁链值开始逐 渐增大， 绕组中感应出正向的电动势， 产生向上的磁链； 当永磁体到达原点位置， 即永磁体中心与绕组中间水平位置重合时，绕组中的磁链达到最大值，绕组感应 电动势为零；永磁体由零点继续向下运动，绕组内向下的磁链值开始逐渐减小， 绕组中感应出负向的电动势!产生向下的磁链。同理，当永磁体由绕组下方向上 方移动时，绕组中的磁链同样有一个先增大再减小的过程，产生由正到负的感应 电动势。因此对该型发电机而言!永磁体一次往返运动，感应电动势会发生2个周 期的变化。 鉴于铁心磁导率较高，且半径较小!分析时可以忽略绕组部分的磁场，近似认 为磁场密度沿铁心半径方向均匀分布，仅沿轴向方向变化。将绕组沿轴向方向分 为n段，可得如下绕组磁链的离散求解公式： ψ∑（1）其中N 为绕组匝数，S为铁心截面积，Bi/为绕组第i段对应的铁心磁通密度 感应电动势定义为（2）v为永磁体运动速度，h 为轴向高度。若同样使用离散的方法，设永磁体每次移 动的位移dh-H/n，H 为绕组轴向高度。 该项的技术关键在于运用了永磁体外置式直线振动发电机结构， 该结构相比于内 置式永磁体发电机更加高效，可靠性更加高！该发电机通过电磁转换将外部振动 的能量转换为电能，具体方法是将固定的磁体位于移动绕组的任意一侧，而该绕 组处在能够产生共振的硅结构上。 在优化负载后， 当输入加速度为 9.81m/s2 时， 通过二维瞬态有限元模拟，得到的电压幅度在 4-9ｖ。绕组位于硅悬臂梁上，磁 体位于耐热玻璃晶片的刻蚀槽内，耐热玻璃与硅层是键合在一起的。粱的加工采 用深反应离子刻蚀来实现。由于振动幅度被硅结构限制，通过 ANSYS 软件分析 该发电机的动态组件的机械性能，得ＮＴ线圈的最大位移是 240ｕｍ。同时通过 限制粱的运动范围对装置结构形成了过载保护。生产时的技术要求，因为要做的 非常的精巧，故工艺方面有很高的要求。通过发电机转换的电能还需另行设计接 口和手机对接 该项目的最终实体为一个铝合金外壳和该永磁体外置式直线振动发电机的组合 体，质量很轻！首先首次使用永磁体外置式，属于最大的创新。另外微小的发电 机能够很好的融合在里面，功率不会太大，考虑到每天我们的手机都会经过无数 次的小振动，这种随时随地的充电，量多的积累也是符合实际意义的。一方面外 壳做成铝合金的可以保护手机不被划痕， 另一方面厂家设计手机外壳时可以稍微 简化些。 最重要