环境中存在着丰富的振动能源,振动发电技术对解决分布式传感器等小功率电子设备的电源问题、提高能源综合利用效率有着重要的作用。论文应用超磁致伸缩材料和永磁材料,基于电磁感应原理,研究了振动发电的相关理论,设计并制作了样机,对其进行了实验研究。1.基于压磁方程、Jiles-Atherton模型、超磁致伸缩材料的磁机械耦合模型、电磁感应定律和振动方程建立了超磁致伸缩振动发电的数学模型,模型可以描述磁致伸缩系数、磁化强度、振动应力和位移等与输出电动势之间的关系。应用该模型进行的计算表明,超磁致伸缩振动发电机的输出电动势主要由激振应力和频率决定。2.设计并制作超磁致伸缩振动发电机,构建了相应的实验测试平台,通过实验研究振源激励等对超磁致伸缩振动发电机的影响。在激振应力0.05 MPa、频率47 Hz、初始角度5°、感应线圈匝数100匝的条件下,超磁致伸缩振动发电机的输出电动势峰峰值为91.1 mV,与计算值(107 mV)符合较好。当振源为手持铁锤,输出电动势峰值可大于2 V,功率大于10 mW。实验结果表明,增加激振应力和频率可有效提高超磁致伸缩振动发电机的输出功率。3.基于机械振动理论和电磁感应原理建立了永磁振动发电的电磁机械耦合模型,模型能较好地描述永磁振动发电的输入输出关系。基于该数学模型的计算表明,永磁振动发电机的输出电动势与振动频率和位移之间成正比关系,模型可为永磁振动发电机的设计及实验提供理论指导。4.提出感应线圈等效匝数的概念并建立了数学模型,研究了感应线圈、振子、拾振机构对电动势的影响。发现振源波形和磁场分布对线圈结构具有明显影响,改进感应线圈的结构可以明显提高振动发电的电动势。论文还分析了线性和非线性负载电路,以提高永磁振动发电机的能量转换效率。5.制作永磁振动发电机,并搭建了实验平台。直动式样机在振动电机激励下,输出电动势峰峰值为2.32 V,整流滤波后输出电压为2 V。实验测试结果与采用模型计算得到的结果符合较好,证明所建立的模型可以描述永磁振动发电的输出特性。当采用人工晃动作为振源时,永磁弹簧式样机的输出电动势的峰峰值可达7.20 V。实验结果表明,研制的样机达到了设计要求,样机输出的电压可为小功率电子设备提供电源,研究为永磁振动发电机的应用奠定了一定的基础。