基于懸臂式鐵鎵合金的動力學模型、等效電路模型和伏安特性建立懸臂式鐵鎵合金振動能量收集裝置的輸出電壓和輸出功率模型,設計能量存儲電路,搭建了鐵鎵合金振動能量收集裝置實驗平臺。實驗結果表明,在67Hz固有頻率、外接17Ω負載時,樣機的最大輸出功率為116mW,對應的功率密度約為271μW/cm3;電壓智能調解電路的最大輸出電壓可保持在5.1V,且可為鋰電池提供4.18V的充電電壓,實驗驗證了振動收集裝置的輸出電壓經過所設計的能量存儲電路可有效地為超級電容器和鋰電池充電,實現(xiàn)對能量的存儲;樣機可持續(xù)點亮LED燈和數碼管,進一步證明了文中涉及的振動收集裝置及存儲電路的有效性,并為其在無線傳感器節(jié)點供電中的實際應用提供了基礎。 

【文章來源】：電工技術學報. 2020,35(14)北大核心EICSCD

【文章頁數】：10 頁

【部分圖文】：

9 樣機為多個數碼管供電

懸臂式鐵鎵合金振動收集裝置原理結構如圖1所示。基于懸臂式鐵鎵合金的振動能量收集裝置有兩個單元：一個是振動收集機構，包括鐵鎵MsM層，鐵鎵層粘合在基底上并由拾取線圈纏繞包裹，如圖1a所示，該裝置總體上是一個復合懸臂梁結構，鐵鎵層與基底以及拾取線圈層由3MDP100雙組分環(huán)氧膠粘劑固化；另一個是能量收集和存儲電路。鐵鎵合金的易磁化軸沿縱向，在壓縮應力下對該材料進行應力退火，以提供內置的單軸各向異性[18]，從而在壓縮和拉伸應力下磁通量均能產生變化。當振動通過基座激勵或自由激勵作用在梁上時，該結構會像懸臂一樣彎曲，即梁內產生彎曲應變和應力。彎曲引起的振動應變將通過Villari效應改變鐵鎵層的磁通量，由周期性彎曲變形引起的變化磁通量會通過法拉第電磁感應在拾取線圈上產生感應電壓。最后，能量采集與存儲電路將感應電壓作為電能進行采集和存儲，并根據電子元件的電壓與功率要求向其供電，如圖1b所示。1.1 輸出電壓

鐵鎵合金復合懸臂梁的機械結構與動力學結構簡圖如圖2所示，懸臂梁長和寬分別為l和b，在基座施加的位移激勵y(t)作用下，懸臂梁自由端所產生的位移為z(t)。基于平均應變，推導出等效系統(tǒng)單自由度質量-彈簧-阻尼近似模型（見圖2b），該模型僅在基本固有頻率范圍內有效，當工作在更高頻率時，需要研究更加嚴謹的模型。根據建立的動力學模型，可得到懸臂梁自由的運動方程[19]為

【參考文獻】：
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本文編號：3440579