具有双梁结构的磁致伸缩式旋转能量收集器的设计及特性分析

摘要

随着小功率电子元件的功率消耗逐渐降低到了μW级,通过将废弃振动能量采集并转化为电能为小功率电子元件供电的方法逐渐走进人们的视野。为了解决旋转环境中的小功率电子元件自供电的问题,提出了基于磁致伸缩材料的旋转式能量收集器。一方面,通过有限元软件对基底层材料进行选择,确定了最优的悬臂梁结构;另一方面,通过优化系统结构降低了系统的共振频率,且有效地提高了系统的输出电压。最终基于优化结果对收集器进行实验测试,结果表明,当基底层选择铍铜材料,利用永磁体为悬臂梁结构提供偏置磁场时,系统此时具有较好的输出特性。此时,系统的一阶共振频率为25.575 Hz,其输出电压为320 mV,当与最优电阻进行匹配时,产生232μW的电功率,此时的体积功率密度为542.615μW/cm^(3)。