基于懸臂式鐵鎵合金的動(dòng)力學(xué)模型、等效電路模型和伏安特性建立懸臂式鐵鎵合金振動(dòng)能量收集裝置的輸出電壓和輸出功率模型,設(shè)計(jì)能量存儲(chǔ)電路,搭建了鐵鎵合金振動(dòng)能量收集裝置實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在67Hz固有頻率、外接17Ω負(fù)載時(shí),樣機(jī)的最大輸出功率為116mW,對(duì)應(yīng)的功率密度約為271μW/cm3;電壓智能調(diào)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了振動(dòng)收集裝置的輸出電壓經(jīng)過所設(shè)計(jì)的能量存儲(chǔ)電路可有效地為超級(jí)電容器和鋰電池充電,實(shí)現(xiàn)對(duì)能量的存儲(chǔ);樣機(jī)可持續(xù)點(diǎn)亮LED燈和數(shù)碼管,進(jìn)一步證明了文中涉及的振動(dòng)收集裝置及存儲(chǔ)電路的有效性,并為其在無線傳感器節(jié)點(diǎn)供電中的實(shí)際應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。 

【文章來源】：電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2020,35(14)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

9 樣機(jī)為多個(gè)數(shù)碼管供電

懸臂式鐵鎵合金振動(dòng)收集裝置原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。基于懸臂式鐵鎵合金的振動(dòng)能量收集裝置有兩個(gè)單元：一個(gè)是振動(dòng)收集機(jī)構(gòu)，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(gè)復(fù)合懸臂梁結(jié)構(gòu)，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(gè)是能量收集和存儲(chǔ)電路。鐵鎵合金的易磁化軸沿縱向，在壓縮應(yīng)力下對(duì)該材料進(jìn)行應(yīng)力退火，以提供內(nèi)置的單軸各向異性[18]，從而在壓縮和拉伸應(yīng)力下磁通量均能產(chǎn)生變化。當(dāng)振動(dòng)通過基座激勵(lì)或自由激勵(lì)作用在梁上時(shí)，該結(jié)構(gòu)會(huì)像懸臂一樣彎曲，即梁內(nèi)產(chǎn)生彎曲應(yīng)變和應(yīng)力。彎曲引起的振動(dòng)應(yīng)變將通過Villari效應(yīng)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(huì)通過法拉第電磁感應(yīng)在拾取線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。最后，能量采集與存儲(chǔ)電路將感應(yīng)電壓作為電能進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，并根據(jù)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(fù)合懸臂梁的機(jī)械結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示，懸臂梁長(zhǎng)和寬分別為l和b，在基座施加的位移激勵(lì)y(t)作用下，懸臂梁自由端所產(chǎn)生的位移為z(t)�；谄骄鶓�(yīng)變，推導(dǎo)出等效系統(tǒng)單自由度質(zhì)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(nèi)有效，當(dāng)工作在更高頻率時(shí)，需要研究更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)哪Ｐ汀８鶕?jù)建立的動(dòng)力學(xué)模型，可得到懸臂梁自由的運(yùn)動(dòng)方程[19]為

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3440579