具体实施方式

以下结合附图和技术方案详细说明本发明的具体实施。

为实现收集旋转环境过程中的振动能量，并转换为电能，进而为无线传感器等小功率设备供电的目的，本发明提供一种以铁镓合金19材料薄片为核心元件的旋转振动收集利用装置及其方法。本设计提出单级转换器，提高将微型发电机的低交流电压转为可用的直流电压的效率。用于旋转车轮的磁致伸缩振动能量收集装置的工作原理是：铁镓合金19具有维拉利效应这一重要的物理效应，当受到力等机械作用而发生形变时，材料内部的磁畴将会产生偏转和运动，进而材料内部的磁化状态和磁通密度发生变化。再利用法拉第电磁感应效应，通过缠绕在铁镓合金19上的感应线圈，进一步将磁能转换为电能。在本发明中，就是利用了铁镓合金19的磁致伸缩逆效应以及线圈的法拉第电磁感应效应及二者间的耦合作用实现对转动振动能量的收集。车轮旋转时，由于尖端带有质量块17的悬臂梁与车轮中心位置不重合，铁镓合金19必然受圆周力及尖端重物的重力作用。一方面，圆周力沿铁镓合金19切线方向的分力与尖端重物沿垂直于铁镓合金19的分力，将导致铁镓合金19因受力而变形；尖端重物的重力也将影响铁镓合金19的连续振荡频率。另一方面，路面颠簸在使得铁镓合金19产生振动的同时，其垂直于铁镓合金19材料方向的分力，也将进一步增大铁镓合金19的变形量。铁镓合金19材料随着车轮的运动，就可以吸收其周围的振动，并完成机械能-磁能-电能的转换原理。一种磁致伸缩式旋转振动收集利用装置本装置将用于安装在旋转机构上，本发明以汽车轮毂为例，进行详细的说明。如图6所示，本装置安装于汽车轮毂外侧的中心轴上，如图1-5所示，装置的核心结构为复合悬臂梁，如图2所示，该装置的复合悬臂梁为贴合在一起的铝合金基底16和铁镓合金19组成的一体结构，铝合金基底16和铁镓合金19为宽度相同，长度不同的矩形结构，铝合金基底16的长度大于铁镓合金19，能达到相对最佳的能量收集装置条件，铝合金基底16和铁镓合金19的一端对齐，铝合金基底16和铁镓合金19对齐的一端的端部为固定部，除固定部的部分为自由部；自由部的端部固定有质量块17，自由部的铝合金基底16和铁镓合金19重叠部分缠有拾取线圈4，拾取线圈4的两端接线头分别与转换器的第四电源电压V4的正负极连接；固定部的端部夹持在夹持装置上，夹持装置固定于L型基座15长端的上表面，L型基座15长端下表面与圆形轮毂7上表面固定连接；L型基座15短端上部与支撑装置2通过螺钉固定连接，L型基座15与支撑装置2形成一端开口的框架结构，框架结构的两个侧面固定设置有矩形薄板14，两矩形薄板14相对的内侧通过热熔胶固定有尺寸相同的永磁铁8；圆形轮毂7下表面与法兰盘9固定连接；法连盘9与圆柱杆10固定连接；圆柱杆10通过联轴器与汽车轮毂外侧的中心轴固定连接；为便于进行监测实验，本装置的支撑装置2中间部位开有螺纹通孔，支撑装置2上固定连接有双头螺杆1的一端，双头螺杆1的另一端与安装导电滑环的简易套筒20相连接。导电滑环是为了避免监测的时候出现绕线现象。

如图1和5所示，支撑装置2为矩形长方体块结构，以长方体宽边为对称中心，打有两个对称的螺纹通孔，且中心线上沿厚度方向打有一个完全贯穿的圆形螺纹孔。支撑装置2下表面与L型基座15短端上部相接触，二者通过螺钉18固定。圆形螺纹通孔与双头螺杆1相配合。

装有导电滑环的简易套筒20一端为带有螺纹内径的通孔，另一端为直径较小的通孔，通孔端部均匀分布三个螺纹孔且沿筒壁开有一个细长的长方形口子，长方形口子贯穿筒厚。简易套筒带有螺纹内径的一端与双头螺杆1相配合，简易套筒20另一端用于固定导电滑环。由于本设计将在旋转环境中使用，为避免在电压监测过程中出现绕线现象，将简易套筒的中心轴与圆形轮毂7的圆心及圆柱杆10的中心轴重合。

如图2所示，固定部的长度D为10mm，拾取线圈4以固定部与自由部的分界处(也即距离铝合金基底16和铁镓合金19对齐的一端的端部10mm处)为起绕点，向自由部端部方向缠绕，所绕线径为25mm，匝数选取在1400-1600匝之间。缠绕在复合悬臂梁上，以达到相对最佳的能量收集装置条件。(在不改变其他装置条件下，仅改变线圈匝数，测量装置在不同转速下的发电效果，如图7所示，由实验结果可知，当线圈匝数从1100逐渐增加到1500匝时，发电效果逐渐增强，在线圈匝数为1500匝时，其发电效果达到较佳，继续增加线圈匝数，发电效果逐渐减弱。由此得知，线圈匝数在1400-1600之间存在最佳发电条件。)

夹持装置包括倒T型支架22和长方体块5，倒T型支架22底端固定在L型基座15长端上表面，自由部的端部夹在两个长方体块5之间，两个长方体块5通过螺钉3和螺母21将自由部的端部进行装夹固定。

如图5所示，倒T型支架22竖起的支板以长边中心线为对称中心，对称分布两个螺纹通孔，倒T型支架22底座以长边中心线为对称中心，对称分布两螺纹通孔。长方体块5以长边中心线为对称中心，对称分布两螺纹通孔。倒T型支架22竖起的支板内表面与长方体块5表面接触，通过螺钉3螺母21进行连接固定。L型基座15的长端以宽边中心线为对称中心，对称分布四个通孔，侧边面同样以宽边中心线为对称中心，两侧边各开有一个螺纹孔，L型基座15的短端上部以长边中心线为对称中心，对称分布两螺纹孔。

矩形薄板14固定在框架结构的两个侧面的最佳预磁化场位置。两矩形薄板14固定在L型基座15与支撑装置2的两侧面，同时连接L型基座15与支撑装置2，在找到相对最佳的磁场布置方式前，固定永磁铁的矩形薄片14可自由移动，每移动一个位置通过热熔胶进行固定，确定相对最佳预磁化场后通过螺钉23将其固定在复合悬臂梁两侧；最佳位置是通过实验得到的，每移动一个位置就测量一下装置在不同转速下的发电量，当发电量最大时，就是该装置下的相对最佳位置。具体为，在未确定最佳位置前，固定永磁铁8的矩形薄片14对称分布在悬臂梁两侧，且从悬臂梁的固定部开始，以10mm为间隔，逐渐向自由部方向移动，每移动一次，便通过示波器测量装置在不同转速下的发电效果，发电效果最佳处，即为装置的最佳固定位置。

永磁铁8为尺寸相同的三块永磁铁叠放在一起组成的结构。通过永磁体之间的磁力吸引成为一组，并通过热熔胶将永磁体固定在复合悬臂梁两侧矩形薄板14内侧中间部位，为装置提供预磁化场。

圆形轮毂7以一直径为对称中心，对称分布八个螺纹孔。圆形轮毂7一端面与L型基座15长端下表面相接触，L型基座15长端上表面与倒T型支架22底座下表面相接触，三者通过螺钉6固定；圆形轮毂7另一端面与法兰盘9相接触，二者同样通过螺钉12固定。法兰盘9一端为长度较长、壁厚较薄的圆柱筒，沿圆柱筒长的中心线上均匀分布三个螺纹孔，贯穿筒壁；法兰盘9另一端为长度较短、壁厚较厚的圆柱筒且端部均匀分布四个通孔，贯穿筒长。法兰盘9较长端圆柱筒内插入圆柱杆10，并通过紧定螺钉11进行固定，法兰盘9较短端圆柱筒端面与圆形轮毂7相接触，二者通过螺钉13固定。矩形薄板14沿宽边中心线上下各开一个通孔，矩形薄板14与L型基座15的长端两侧面及支撑装置2两侧面相接触，通过螺钉23固定，使之分布在悬臂梁两侧，且距离夹持端40mm，每三个尺寸相同的永磁铁8叠放在一起为一组，分别固定在复合悬臂梁两侧矩形薄板14内侧中间部位，通过热熔胶进行固定，为装置提供预磁化场进而提高能量收集效果。

为将装置所得交流电转换为负载端电子设备所需的直流电，对能量收集装置的电路进行设计。本设计所采用的转换器所有电路原件焊接在电路板上，转换器由整流电路，控制电路，驱动电路和直流电源电路组成。具体如图8所示，第四电源电压V4正极(+)端与电感L的一端相连接，电感L的另一端分别与第一开关H1的一端、第三二极管D3正极(+)、第四二极管D4负极(-)、第一二极管D1正极(+)、第二二极管D2负极(-)端相连接；第一开关H1的另一端与第二开关H2的一端相连接，第二开关H2的另一端与第四电源电压V4负极(-)端相连接；第三二极管D3负极(-)端分别与第五二极管D5负极(-)、第七二极管D7正极(+)端以及第一比较器U1正极(+)端、第三电容C3正极(+)端相连接；第五二极管D5和第七二极管D7并联且同时与第一电阻R1的一端、第一电源电压V1正极(+)端相连接；第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端、第七电容C7正极(+)端、第一比较器U1正极(+)端、第二比较器U2负极(-)端相连接；第二电阻R2与第七电容C7并联且同时与第四电源电压V4负极(-)、第一电源电压V1负极(-)、第二电源电压V2正极(+)端、第三电容C3负极(-)、第四电容C4正极(+)端相连接；第三电容C3负极(-)端与第四电容C4正极(+)、第一电源电压V1负极(-)、第二电源电压V2正极(+)端相连接；第四电容C4负极(-)与第四二极管D4正极(+)端、第一比较器U1负极(-)端、第二比较器U2负极(-)端相连接；第二电源电压V2负极(-)端与第六二极管D6负极(-)、第八二极管D8正极(+)端相连接；第六二极管D6与第八二极管D8并联且同时与第四二极管D4正极(+)端、第四电容C4负极(-)端、第一比较器U1负极(-)端、第二比较器U2负极(-)端相连接；第一二极管D1负极(-)端与第一电容C1的一端、第五电容C5正极(+)端、芯片24的IN、SHDN端相连接；第一电容C1的另一端与第二电容(C2)正极(+)、第七电容C7负极(-)、第三电容C3负极(-)端、第二电阻R2的另一端、第一电源电压V1负极(-)、第二电源电压V2正极(+)端，第四电容C4正极(+)端相连接；第二电容C2负极(-)端和第二二极管D2正极(+)端、第五电容C5负极(-)端相连接；芯片24的OUT端与第六电容C6、第四电阻R4一端相连接；第六电容C6与第四电阻R4并联且同时与芯片24的GND端、第五电容C5负极(-)、第二电容C2负极(-)端以及第二二极管D2正极(+)端相连接；第六电源电压V6正极(+)端与第一比较器LTC1负极(-)端和第二比较器U2正极(+)端相连接；第一比较器U1尖端和第二比较器U2尖端分别与双向开关的第一开关H1、第二开关H2的另一端相连接；第六电源电压V6负极(-)端接地。其中第四电阻R4为外接负载电阻，与之相连的芯片上的OUT端和GND端构成输出端，输出直流电，为汽车胎压监测，微型传感器等耗电设备供电；芯片24为变压器LT3009-3.3。第一比较器U1、第二比较器U2为LTC1441。

该转换器的设计利用了mosfet的双向电流传导能力，实现单级ac-dc的转换。在转换器中，电感L用于升压操作，通过将第一开关H1的漏极连接到第二开关H2的源极来实现双向开关的功能。双向开关由控制电路控制，使其同时开启和关闭。当开关开启时，两个MOSFET管用于输入交流电压的正半周和负半周的升压操作。当开关关闭时，反向连接的体二级管阻止任何循环的电流。可以控制占空比D，以在可变的输入负载和输入电压的条件下将输出电压维持在所需的水平。在本次设计的电路中采用分压电路来控制占空比，使其横定在0.75V。电池为控制电路和驱动电路提供驱动电压，确保其正常的工作。比较器LTC1441用于控制双向开关的开与关。变压器LT3009-3.3用于稳定输出电压。该转换器用于非连续导通的模式(DCM)下工作，以降低H1、H2开关损耗和二极管的反向恢复损耗。二极管用于整流操作。

如图9，第一开关H1和第二开关H2组成双向开关。开关的损耗占整个电路的损耗比例较大，因此开关频率的选择对能量采集系统尤为重要。需要注意的是，由于考虑了电感器中的传导损耗，因为在低频时需要更大的电感器才能提供相同的功率。在高频时，开关的损耗会大大的增加，降低了整个转换器的效率。几十千赫的频率是一个合适的范围，因为总的损耗是最小的，而传导和开关损耗是相当的。因此，本设计中开关频率均采用50KHz。

第一电阻R1，第二电阻R2和第七电容C7组成反馈电路，该反馈电路用于第一电容C1和额定负载R。当转换装置刚刚启动时，由电池为第一电阻R1，第二电阻R2供电，第七电容C7充电，并将反馈电压传递给比较器。经过一段时间后，电路开始正常的工作，由于稳定后的电压高于电池的额定电压，所以由能量收集装置供电。这样可以有效的将转换装置的正常电压反馈给比较器。反馈第七电容C7以类似于输出第一电容C1的方式充电。即使负载电阻发生变化，也不会产生较大的变化，整个反馈装置的实现非常的简单。

如图8和10所示，由第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第三电容C3、第四电容C4及第一电源电压V1、第二电源电压V2组成直流供应电路。因为驱动电路和控制电路都需要稳定的直流电压才能工作而低交流输入电压不能用于启动变换器。本文所设计的启动电路如图8所示。电压节点的V+和V-表示正负直流电压，用于为转换器的控制器和栅极驱动器供电。第一电源电压V1和第二电源电压V2提供启动电源，为第三电容C3和第四电容C4、第五二极管D5和第六二极管D6充电。控制器和驱动电路工作后，第五电容C5和第六电容C6开始通过第七二极管D7和第八二极管D8由微发生器充电。该升压机制类似于转换器中的第二电容C2和第三电容C3充电。此外，这些电容器的设计是为了保持稳定的直流电压，而供电的辅助电路。在稳定状态下，第三电容器C3和第四电容C4之间的电压可以近似地相关为V+＝+V0和V-＝-V0。电池电压的标准值应小于稳态第三电容C3和第四电容C4电压值。因此，当转换器工作时，第三电容C3和第四电容C4由能量收集装置充电。在这种情况下，第五二极管D5和第六二极管D6变成反向偏压，第一电源电压V1和第二电源电压V2被切断电路。应该注意的是，用于启动的电池容量和占用的空间非常小。一旦转换器开始工作，第三电容器C3和第四电容C4可以用来保持第一电源电压V1和第二电源电压V2充电。如果它们被放电，第三电容器C3和第四电容C4上的直流母线伏特计V+和V-通过第七二极管D7和第八二极管D8给这些电池充电。

转换器主要有四种工作模式，如图13-16所示。模式一，二主要用于正半周，而模式三，四主要用于负半周。

正半周

模式一：两个开关同时闭合，振动源，电感L和第一开关H1,第二开关H2形成一个闭合回路，电感L电流从零开始增加，降低了开关损耗。输出电容为负载供电。如图13所示。

模式二：两个开关同时打开，电感L正向偏置第一二极管D1，第一电容C1充电，第三电容C3放电，输出第二电容C2充电。如图14所示。

负半周

模式三：两个开关同时闭合，振动源，电感L和第一开关H1,第二开关H2形成一个闭合回路，电感L电流从负方向上增加。输出电容为负载供电。如图15所示。

模式四：两个开关同时打开，电感L电流正向偏置二级管D2，第三电容C3充电，第二电容C2放电，输出第一电容C1充电。如图16所示。

基于磁致伸缩材料的车轮旋转振动收集利用方法：

1)将本装置安装于旋转体的中心轴上，本实施例中以车轮轮毂为例，即安装在车轮轮毂的中心轴上，根据悬臂梁的形变模型，计算出应力变化；再根据线性压磁模型得到磁场变化与应力的关系；通过磁场变化得到拾取线圈4感应电动势；

2)拾取线圈4感应电动势通过转换器将交流电转换为直流电，为耗电设备供电。

车辆行驶过程中，安装车轮轮毂中心轴上的装置受到旋转与路面颠簸的作用。

(1)形变转换过程

1)旋转运动向悬臂梁形变的转换

当车轮旋转时，由于尖端带有质量块17的悬臂梁与车轮中心位置不重合，铁镓合金19必然受圆周力及尖端重物的重力作用。圆周力沿铁镓合金19切线方向的分力与尖端重物沿垂直于铁镓合金19的分力，将导致铁镓合金19因受力而变形。在旋转运动中，装置随车轮旋转，悬臂梁受力变形示意图如图11所示，由于本文所提出的装置，旨在低转速条件下工作，另外，悬臂梁的尖端质量远大于悬臂梁的质量，故悬臂梁的横向变形可以定义为：

这里为单模振型函数

其中：

这里μ为单位长度铁镓合金19材料的质量，l为铁镓合金19的长度，m_t为尖端质量的质量。

q(t)为广义时间坐标函数，旋转条件下，悬臂梁的广义时间坐标函数为

这里ω为角速度，ψ为初始相位角，m_t为悬臂梁的尖端质量，g是重力加速度，ω₀是等效基频，M₂为悬臂梁的广义弹性质量矩阵。

最终可得悬臂梁的形变：

2)颠簸振动向悬臂梁形变的转换

车辆行驶过程中，除了受旋转环境的影响，由于路面复杂多样，车轮在与不平路面接触时，还会产生颠簸振动。颠簸振动沿垂直于悬臂梁的方向的分量使得悬臂梁产生形变。由于颠簸振动的大小受具体路面状况的影响，因此，悬臂梁变形具有随机性。在颠簸振动中悬臂梁受力变形示意图如图12所示，其横向位移u_y1可用如下公式表示：

由于悬臂梁受随机颠簸振动，其外界激励很难用确定形式表达，这里假定对悬臂梁施加振幅为q₀，振动频率为f的正弦颠簸激励，则振动条件下悬臂梁的广义时间坐标函数可以表示为：

q₁(t)＝q_o sin(2πft+ψ) (6)

最终可得悬臂梁的形变：

根据旋转与颠簸振动两种情况下悬臂梁的变形情况，由公式

其中Y_G为铁镓合金19的杨氏模量，u_y为悬臂梁的横向位移，x为悬臂梁上任意一点到固定部的距离，t为时间，y表示从计算部位到中性轴的距离。通过上式即可分别求得悬臂梁在不同条件下的应变。

(2)机-电耦合

1)机-磁耦合

在上述旋转与振动条件下，铁镓合金19材料均发生形变，根据铁镓合金19材料的维拉利效应，当铁镓合金19材料受到外力作用时，铁镓合金19材料的磁导率发生变化，铁镓合金19材料内部的磁化状态发生变化。利用线性压磁模型公式即可表示出磁场变化与应力的关系：

式中：ε表示材料的应变量，σ表示材料所受的应力，E表示磁致伸缩材料的杨氏模量，B表示磁感应强度，H₁表示磁场强度，μ₀表示磁导率，d₃₃、d₃₃ ^*分别表示压磁系数和反向压磁系数。

2)磁-电耦合

当偏置磁场强度恒定不变时，悬臂梁产生形变，铁镓合金19材料薄片四周缠绕的拾取线圈4所产生的感应电动势可表示为：

式中：N表示线圈匝数，φ表示磁通量，A表示线圈面积，B表示磁通密度。

上述对数学过程的描述，表示了利用磁致伸缩材料将环境中的旋转运动及颠簸振动转化为电能的过程，即，基于磁致伸缩材料的车轮旋转振动收集利用的实现方法。

实施例1

为模拟车辆行驶过程，在实验条件下采用电动机为装置提供旋转激励，采用激振器为装置提供振动激励。本发明的工作过程是：接通电源后，打开与电动机相连的调速器，电机旋转，由于电机上的联轴器与圆柱杆10相连接；圆柱杆10与法兰盘9相连接；法兰盘9与圆形轮毂7相连接；圆形轮毂7与L型基座15相连接；夹持装置固定在L型基座15上；复合悬臂梁由铝合金基底16和铁镓合金19贴合在一起组成，复合悬臂梁安装夹持装置中间位置；拾取线圈4直接缠绕在复合悬臂梁上；故当电机运动时，将会带圆柱杆10、法兰盘9、圆形轮毂7、L型基座15、夹持装置、铁镓合金19及拾取线圈4共同旋转。激振器放置在装置的侧面，激振器的振动凸台与圆形轮毂7沿厚度方向相切，当激振器产生振动时，带动圆形轮毂7产生振动。在两种实施力单独作用及复合作用下，铁镓合金19均会产生形变。根据铁镓合金19材料的发电原理，在拾取线圈4中会产生感应电动势。由于本装置在旋转环境中应用，在进行电压监测过程中会出现绕线现象，为解决这一问题，拾取线圈4两端与导电滑环上的导线连接，导电滑环另一端导线示波器连接进行电压监测，进而实现了车辆行驶过程中吸收旋转与振动而进行发电的过程。

铁镓合金19材料的尺寸为50mm(长)×17mm(宽)×0.5mm(高)，铝合金基底16材料的尺寸为70mm(长)×17mm(宽)×0.3mm(高)；拾取线圈4以距离复合悬臂梁夹持端10mm为起绕点，线径为25mm，直接缠绕1500匝在复合悬臂梁上；永磁铁8固定在距离夹持端40mm处，左右各三个布置在悬臂梁两侧；装置通过联轴器固定在GEAR HEAD 5GN-5KB 19-03-25X单相调速电机上,单相调速电机为装置提供周期性激励源,转速通过转速调节器进行控制；SINOCERA JZK-20激振器放置在装置侧边，振动凸台沿圆形轮毂厚度方向相切，通过YE5873A功率放大器和YE1311信号发生器对激振器的振幅和工作频率进行调节，输出电压采用DPO 2014B示波器进行监测。

实验过程及结果：

(1)模拟车轮转动的激励

将装置安装在电机上，接通电机及示波器电源，调节转速调节器使电机转速从10r/min逐渐增加到90r/min，并分别测量不同转速下产生的电压值。结果如图17所示。在0r/min-40r/min的转速范围内，电压值随转速的增大先增加后下降，在30r/min的转速处，达电压峰值为396mv。随着转速进一步增大，悬臂梁的变形量增大，产生的电能进一步增加，在转速为90r/min时，电压达最大值468mv。

(2)模拟路面颠簸的激励(正弦)

关闭电机电源，接通激振器、功率放大器、信号发生器及示波器电源。激振器的振动幅值用加速度来表示，固定为4.32g，在保证振幅不变的情况下改变激振器的振动频率。调节信号发生器，振动频率从4Hz逐渐增加到14Hz，并测量不同振动频率下装置产生电压的大小，结果如图18所示，随着振动频率的增加，装置产生的电压先增加后降低，在8Hz附近第一次达到电压峰值，电压值为550mV。继续增大振动频率，当振动频率为14Hz时，电压达到610mV。

(3)车轮旋转与路面颠簸共同作用

为更近一步接近汽车行驶的真实情况，在模拟车轮旋转运动的同时施加正弦路面颠簸振动激励，探究在两种激励的共同作用下装置的振动能量收集情况。打开电动机电源，调节转速调节器，使转速从10r/min逐渐增加。同时，保证激振器振幅与(2)中相同，调节初始振动频率为4hz,并以1hz为单位逐渐增加。考虑到同时施加旋转与振动激励，两种激励的叠加将导致装置的振动幅度过大，为避免破坏装置，实验过程中适当地减小了转速及振动频率的最大值。最终测得不同转速与振动频率下的电压值如图19所示。在同时施加旋转激励与振动激励时，振动能量收集效果远大于施加单一激励条件的效果。且在振动频率为8hz，转速为30r/min附近，出现第一次电压峰值，其峰值电压约是单一激励下峰值电压的1.5-2.2倍。进一步增大转速与振动频率，产生的电压随之增加，在本实验条件下产生的最大电压可达1v。

(4)白噪声与旋转激励

汽车在行驶过程中与路面接触所产生的振动很大程度上取决于路面状况，因路面的平整性存在不可控性，因此车轮行驶时所受的路面颠簸振动更具有随机性。关闭电机电源，将信号发生器选择为白噪声模式，调节功率放大器控制白噪声的振动幅值，从2.28g逐渐增加到9.6g，并测量装置在不同幅度白噪声振动激励所产生电压的大小。如图20所示。接下来，在单一白噪声激励下加入了旋转激励，转速调节器从10r/min开始，以10r/min为单位，逐渐增加。实验结果如图21所示，实验电压通过颜色刻度反应，转速为35-50r/min，加速度为8-9.6g下输出电压相对较大，且在加速度为9.6g，转速为50r/min下输出电压最大，最大电压达到1.22V。

实施例2-电路仿真与实验

(1)仿真及结果：

将电路在LTspice中进行了仿真，仿真电路所用的所有电子器件的型号如图8所示。特别注意的是，由于转换器的非线性工作，实际的输入电压不是理想的正弦信号。如图22和图23所示，实验仿真转换器的输入电压为0.5V(n006)交流电，频率为100Hz。占空比控制为0.75V(n004)，转换器操作的开关频率10kHz，额定负载RL＝200Ω。转换器开始到4ms左右时才稳定的工作，稳定的输出电压为3.3v(n008)左右。

(2)实验验证结果：

通过现有的电子器件搭建了仿真的电路图，由于实验仿真的电感和LT3009的器件都非常的小无法连接用了几种插件式的电感都没有达到想要的那种效果，采用了3.7V的锂离子电池替代，在现有的条件下进行试验。测得的实验结果如图24，25所示。在实验时振动装置产生的最大交流电压为770mV,经过能量收集转换装置可将其转化为550mV左右的直流电压。

结论：

本发明提出的装置和方法结构简单合理，操作方便，对实现收集旋转环境中振动能量，进而为无线传感设备供电具有重要参考意义。同时本设计提出单级转换器，直接将微型发电机的低交流电压提高到可用的直流电压水平的效率也更高。