利用Fe-Ga合金材料收集振动与发电特性的实验研究

发布时间：2021-06-10 09:09

　　随着对无线传感网络、远程健康监测等技术的高需求,振动能量收集得到了显著的发展。设计、研制和实验了一种基于磁致伸缩材料（Fe-Ga合金）的悬臂式新型振动能量收集与发电的装置,通过对环境中的振动能量进行收集进而转换为电能。根据对Fe-Ga合金悬臂梁机械动力学模型分析,建立了系统最大传递效率数学模型,明确了获得最大传递效率的条件;利用李沙育图形法测量确定了系统的前五阶共振频率,通过综合实验明确了振动激励频率和幅值等对系统输出电压的影响规律,提出了通过配装附加质量对系统进行调谐而获得最佳能量转换能力的方法。通过信号接口电路的辅助,样机成功持续点亮了多个LED发光二极管和LED便携电脑键盘灯,进一步验证了样机的可持续发电能力。 

【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(21)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

Fe-Ga合金振动收集与发电的原理示意图

在上述过程中,机械能的输入通过Fe-Ga合金材料转化为电能的输出。理论上,Fe-Ga合金振动发电过程中存在着三个场域,即机械场域、磁场域和电场域,并且三者之间存在着耦合,耦合关系如图2[4]所示。能量转换的发生过程以及变量间的映射关系如下:在初始阶段,振动或运动作用在机械场域上,并在Fe-Ga合金中产生应力;然后,应力引起磁化状态变化,应力通过Villari效应将机械场域和磁场域耦合在一起,机械能被转换为磁能;接下来,磁化强度或磁通密度的变化导致了感应电压的产生,磁场域与电场域通过法拉第电磁感应耦合关联,磁能最终被转换为电能。1.2 振动收集与发电装置的结构设计

当振动通过基座传递到Fe-Ga悬臂梁上时,梁的固定端随之运动,且在竖直方向的激振位移为xA(t),在基座激励下悬臂梁末端产生的位移为xB(t)。悬臂梁整体在竖直方向上受到惯性力、弹性力、阻尼力的共同作用而处于平衡状态,其中弹性力表示为[20]F t =k(x-x A )?????? ??? (1)

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：3222098