隨著對無線傳感網(wǎng)絡、遠程健康監(jiān)測等技術的高需求,振動能量收集得到了顯著的發(fā)展。設計、研制和實驗了一種基于磁致伸縮材料（Fe-Ga合金）的懸臂式新型振動能量收集與發(fā)電的裝置,通過對環(huán)境中的振動能量進行收集進而轉(zhuǎn)換為電能。根據(jù)對Fe-Ga合金懸臂梁機械動力學模型分析,建立了系統(tǒng)最大傳遞效率數(shù)學模型,明確了獲得最大傳遞效率的條件;利用李沙育圖形法測量確定了系統(tǒng)的前五階共振頻率,通過綜合實驗明確了振動激勵頻率和幅值等對系統(tǒng)輸出電壓的影響規(guī)律,提出了通過配裝附加質(zhì)量對系統(tǒng)進行調(diào)諧而獲得最佳能量轉(zhuǎn)換能力的方法。通過信號接口電路的輔助,樣機成功持續(xù)點亮了多個LED發(fā)光二極管和LED便攜電腦鍵盤燈,進一步驗證了樣機的可持續(xù)發(fā)電能力。 

【文章來源】：振動與沖擊. 2020,39(21)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

Fe-Ga合金振動收集與發(fā)電的原理示意圖

在上述過程中,機械能的輸入通過Fe-Ga合金材料轉(zhuǎn)化為電能的輸出。理論上,Fe-Ga合金振動發(fā)電過程中存在著三個場域,即機械場域、磁場域和電場域,并且三者之間存在著耦合,耦合關系如圖2[4]所示。能量轉(zhuǎn)換的發(fā)生過程以及變量間的映射關系如下:在初始階段,振動或運動作用在機械場域上,并在Fe-Ga合金中產(chǎn)生應力;然后,應力引起磁化狀態(tài)變化,應力通過Villari效應將機械場域和磁場域耦合在一起,機械能被轉(zhuǎn)換為磁能;接下來,磁化強度或磁通密度的變化導致了感應電壓的產(chǎn)生,磁場域與電場域通過法拉第電磁感應耦合關聯(lián),磁能最終被轉(zhuǎn)換為電能。1.2 振動收集與發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)設計

當振動通過基座傳遞到Fe-Ga懸臂梁上時,梁的固定端隨之運動,且在豎直方向的激振位移為xA(t),在基座激勵下懸臂梁末端產(chǎn)生的位移為xB(t)。懸臂梁整體在豎直方向上受到慣性力、彈性力、阻尼力的共同作用而處于平衡狀態(tài),其中彈性力表示為[20]F t =k(x-x A )?????? ??? (1)

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3222098