磁致伸縮振動發(fā)電理論和能量采集電路的研究.pdf

1、磁致伸縮材料的振動發(fā)電技術(shù)是近些年的研究熱點，在傳統(tǒng)電力供電網(wǎng)不能直接提供電能的無線傳感、嵌入式、便攜式、微機電等小功率電子設(shè)備供電中具有廣泛的應(yīng)用前景。在能源危機的大背景下，振動作為一種存在廣泛的能量形式，對其進行利用，越來越受到世界各國的重視。
　　本文依據(jù)歐拉-伯努利梁結(jié)構(gòu)動力學理論、磁致伸縮材料線性本構(gòu)方程和法拉第電磁感應(yīng)定律，建立了磁致伸縮式懸臂梁振動發(fā)電的分布參數(shù)機電耦合動態(tài)模型，并由該模型推導出了器件的頻率特性。計算

2、了在加速度激勵下，器件輸出的電壓、電流、功率和頂端相對位移。計算結(jié)果與實驗結(jié)果的比較表明該模型能提供器件在低加速度激勵時的合理數(shù)據(jù)趨勢，能夠較好描述器件輸出電壓隨時間的變化規(guī)律，并能較好預測平均功率與負載電阻關(guān)系曲線。模型從時域和頻域兩方面綜合描述器件電量與機械量之間的雙向耦合作用，分析了器件各階模態(tài)性能，確定了器件的模態(tài)共振頻率工作區(qū)間，并粗估此區(qū)間器件的最佳負載電阻。將模型中的機械參數(shù)轉(zhuǎn)化成了等效的電氣參數(shù)，此時磁致伸縮發(fā)電機的理論

3、模型就可以用電路的形式表現(xiàn)出來，為后續(xù)進行的能量采集電路的設(shè)計實現(xiàn)了完美的對接。在能量采集電路中先采用的是4倍壓整流電路進行整流，目的在于提高輸出電壓。之后對電路進行DC-DC變換，目的在于實現(xiàn)對磁致伸縮發(fā)電的電能的有效利用同時能夠使得負載得到較為平穩(wěn)的直流電壓，這大大增強了采集電路的實用性。
　　本文從整體上對磁致伸縮材料的振動發(fā)電進行把握，完成了機-電-能量采集一體化建模和設(shè)計，對于磁致伸縮式(如Galfenol)發(fā)電機的設(shè)計