悬臂式铁镓合金振动能量收集的存储方法

发布时间：2021-10-16 22:08

　　基于悬臂式铁镓合金的动力学模型、等效电路模型和伏安特性建立悬臂式铁镓合金振动能量收集装置的输出电压和输出功率模型,设计能量存储电路,搭建了铁镓合金振动能量收集装置实验平台。实验结果表明,在67Hz固有频率、外接17Ω负载时,样机的最大输出功率为116mW,对应的功率密度约为271μW/cm3;电压智能调解电路的最大输出电压可保持在5.1V,且可为锂电池提供4.18V的充电电压,实验验证了振动收集装置的输出电压经过所设计的能量存储电路可有效地为超级电容器和锂电池充电,实现对能量的存储;样机可持续点亮LED灯和数码管,进一步证明了文中涉及的振动收集装置及存储电路的有效性,并为其在无线传感器节点供电中的实际应用提供了基础。 

【文章来源】：电工技术学报. 2020,35(14)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

9 样机为多个数码管供电

悬臂式铁镓合金振动收集装置原理结构如图1所示。基于悬臂式铁镓合金的振动能量收集装置有两个单元：一个是振动收集机构，包括铁镓MsM层，铁镓层粘合在基底上并由拾取线圈缠绕包裹，如图1a所示，该装置总体上是一个复合悬臂梁结构，铁镓层与基底以及拾取线圈层由3MDP100双组分环氧胶粘剂固化；另一个是能量收集和存储电路。铁镓合金的易磁化轴沿纵向，在压缩应力下对该材料进行应力退火，以提供内置的单轴各向异性[18]，从而在压缩和拉伸应力下磁通量均能产生变化。当振动通过基座激励或自由激励作用在梁上时，该结构会像悬臂一样弯曲，即梁内产生弯曲应变和应力。弯曲引起的振动应变将通过Villari效应改变铁镓层的磁通量，由周期性弯曲变形引起的变化磁通量会通过法拉第电磁感应在拾取线圈上产生感应电压。最后，能量采集与存储电路将感应电压作为电能进行采集和存储，并根据电子元件的电压与功率要求向其供电，如图1b所示。1.1 输出电压

铁镓合金复合悬臂梁的机械结构与动力学结构简图如图2所示，悬臂梁长和宽分别为l和b，在基座施加的位移激励y(t)作用下，悬臂梁自由端所产生的位移为z(t)。基于平均应变，推导出等效系统单自由度质量-弹簧-阻尼近似模型（见图2b），该模型仅在基本固有频率范围内有效，当工作在更高频率时，需要研究更加严谨的模型。根据建立的动力学模型，可得到悬臂梁自由的运动方程[19]为

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本文编号：3440579