柱棒式超磁致伸缩振动能量收集装置建模与实验

摘要

针对目前超磁致伸缩式振动能量收集在理论研究上的不足,根据超磁致伸缩材料的材料特性,设计了一种柱棒式超磁致伸缩能量收集装置(GMEHD),并对其工作原理进行了阐述.结合GMEHD的结构特点,建立了装置的输入输出模型,推导了输出电压计算公式,对系统在正弦激励下的响应进行了求解;根据线圈结构,通过电路分析,对线圈匝数进行了优化.利用仿真软件COMSOL Multiphysics,建立了GMEHD有限元模型,得到其仿真结果.在上述基础上制作了GMEHD样机,搭建了实验测试系统,得到了不同频率正弦力作用下GMEHD输出电动势曲线,并与模型计算值和仿真结果进行了对比.结果 表明:在1、10、50 Hz单位正弦激励下,GMEHD输出电动势幅值分别为2、15、75 mV,相位超前于输入力π/2.实验与模型计算和仿真分析结果基本吻合,验证了模型的准确性,为GMEHD优化设计提供了参考依据.