[发明专利]磁致伸缩式旋转振动收集利用装置及其收集方法

说明书

本发明涉及一种磁致伸缩式旋转振动收集利用装置及其收集方法，该装置的复合悬臂梁的端部固定有质量块，复合悬臂梁自由部的铝合金基底和铁镓合金重叠部分缠有拾取线圈，拾取线圈的两端接线头与转换器连接；复合悬臂梁夹持在夹持装置上，夹持装置固定于L型基座长端，L型基座长端与圆形轮毂固定连接；L型基座短端与支撑装置固定连接，L型基座与支撑装置形成一端开口的框架结构，框架结构的两个侧面固定设置有矩形薄板，两矩形薄板相对的内侧固定有永磁铁；圆形轮毂与法兰盘固定连接；法连盘与圆柱杆固定连接；圆柱杆与汽车轮毂外侧的中心轴固定连接。本发明解决如何利用超磁致伸缩材料实现旋转环境振动能量收集的问题。

技术领域

本发明涉及振动收集与应用技术领域，特别涉及一种以磁致伸缩材料为核心元件，用于收集旋转环境中振动的装置与收集方法。

背景技术

目前，世界各国专家和学者致力于研究从日常生活环境中收集振动能量，并将收集到的振动能转化为电能为一些低功耗电子设备供电。由于环境中的振动能量普遍存在，对环境没有危害且具有可再生等优点，振动能量收集技术已经逐渐成为各界关注的焦点。如今，不同国家的专家学者针对振动能量收集，提出了各种各样的装置，按照能量转换机理主要分为以下四类:(1)电磁式；(2)静电式；(3)压电式；(4)磁致伸缩式。电磁式能量收集技术的模型研究已经比较成熟，但采用该种方式的能量收集技术输出功率偏小，集成度不高、装配精度较低，在MEMS应用中具有很大的挑战。静电式能量收集技术可以很好的用于MEMS集成，但在实际应用中需要接入外部电源作为启动电压。压电式能量收集技术不需要额外电源，很容易与MEMS技术集成化，易微型化，且能够获得较高的能量密度，但因本身具有去极化、老化、不能承受大的弯曲应变，机电耦合系数较低，疲劳寿命短等局限性，限制了压电材料在振动能量收集的进一步实际应用。超磁致伸缩式振动能量收集技术所用的核心材料—铁镓合金19材料是一种新型的功能材料，能够通过维拉利效应与电磁感应效应的耦合实现能量转换。和压电材料相比，超磁致伸缩材料不存在去极化引起的失效问题，也不存在疲劳、老化问题，更适合于长时间无人监测的工作条件；并且超磁致伸缩材料的机电耦合系数可达0.75，能量转换效率更高；同时兼具传感和驱动功能，因而作为智能材料在振动收集与利用过程中具有优异的性能。例如，在2005年Smart Structures and Materials 2005:Smart Structures and Integrated Systems第5764期630–640页发表的Characterization of Energy Harvesting Potential of Terfenol-D and Galfenol中，Mark E.Staley and Alison B.Flatau就采用磁致伸缩材料研究了低频振动下的能量收集方法；在2020年振动与冲击第39期132-139页利用Fe-Ga合金材料收集振动与发电特性的实验研究中，刘等人设计、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。但是目前尚无有关利用超磁致伸缩材料实现旋转环境振动能量收集的研究。且由于能量收集装置所产生的电能大多都是几百毫伏的交流电。因此，还需要设计能量收集装置，将几百毫伏的交流电转换为负载端电子设备所需的直流电。现有能量收集装置中转换器不能在低输入电压条件下使用，且当输入电流远大于输出电流时易加速损坏二极管。

发明内容

发明目的：本发明提出一种磁致伸缩式旋转振动收集利用装置及其收集方法，其目的在于解决如何利用超磁致伸缩材料实现旋转环境振动能量收集的问题，以及传统能量收集装置中转换器不能在低输入电压条件下使用，且输入电流远大于输出电流时易加速二极管损坏等问题。

本发明采用的技术方案：