1. 选题目的及意义（含国内外研究现状分析）

1.1俘能器简介

随着石油、煤、天然气等矿物能源的开采，人类社会在一次次工业革命中不断向前迈进。这些天然资源为我们提供了诸多便利，但随着环境污染、资源耗竭等问题的逐步逼近，我们开始意识到可持续发展的重要性。于是人们在逐渐尝试用转换效率更高的电力代替各类燃料，让家具电气化、让工业自动化的同时，也在努力利用太阳能，风能，废热，声学等曾被忽视的能源向电能进行转换。

在过去的二十年内，人们已经对各种转换技术进行深入研究和描述，将能源从结构振动转换为电能。这些研究的主要目的是使独立系统（例如微机电系统、无线传感器网络）自主供电，为其实现主要功能。这些微小型可穿戴设备有望开创智能可穿戴技术的新时代，减少资源损耗和能源空耗，从而变得更加环保。当运用于为数众多的此类电子设备时，传统蓄电池使用寿命变得相当有限，这已经成为微电子设备续航时间的主要限制。在人口众多的情况下，定期更换这种电池可能将是耗时耗力且十分耗费成本的。 基于振动的微型俘能器将是满足电子设备功率使用要求的极具吸引力的替代方案。

俘能器也叫能量采集器，最初的思想来源于水力发电和光伏发电。用于俘能器的转换机制有三种主要类型：磁电，压电和静电。磁电和压电是振动俘能器广泛使用的转换技术，因为它们具有高功率收集能力和功率密度，以下针对这两种俘能器做主要介绍。

1.2磁电俘能器国内外发展现状

磁电俘能器主要运用法拉第电磁感应定律，使线圈做切割磁感线的运动或通过磁通量的改变来发电。磁电俘能器因其结构不同主要分为以下三类：动铁型、动圈型、铁圈同振型。其优点是输出电流和功率较大，但输出电压较小。

近二十年来，人们对基于低频振动的磁电俘能器做了大量研究。 威廉姆斯和亚斯首次设计出能够在1到100赫兹的频率范围内产生1 μW至0.1 mW功率的能量采集器。2003年，温志渝等人设计出一种基于多层方形螺线状线圈与拾取振动系统相结合的俘能器，该器件以银作为材料，在固有频率122Hz下产生134.3mV的最大开路电压以及18.04μW的输出功率。其结构如图1.2.1所示。

图1.2.1重庆大学温志渝-基于多层方形螺线状线圈与拾取振动系统相结合俘能器

后来，研究人员开始尝试各种结构的俘能器型式，例如圆柱形或矩形结构。2005年，美国宾夕法尼亚州大学发布了一种类似背包式俘能器，内部以弹簧结构作为振动方式，如图1.2.2所示。携带者在跑步或者跳跃运动中，对负载质量形成振动，从而带动小型发电机发电。在38KG负重并以5.6km/h时速运动时，输出功率达15mW。