本发明专利技术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。本发明专利技术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。料实现旋转环境振动能量收集的问题。料实现旋转环境振动能量收集的问题。
【技术实现步骤摘要】
磁致伸缩式旋转振动收集利用装置及其收集方法
[0001]本专利技术涉及振动收集与应用
，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。
技术介绍
[0002]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
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640页发表的Characterization of Energy Harvesting Potential of Terfenol
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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
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139页利用Fe
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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
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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。
技术实现思路
[0003]专利技术目的：本专利技术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。
[0004]本专利技术采用的技术方案：
[0005]一种磁致伸缩式旋转振动收集利用装置，该装置的复合悬臂梁为贴合在一起的铝合金基底和铁镓合金组成的一体结构，铝合金基底的长度大于铁镓合金，铝合金基底和铁镓合金的一端对齐，铝合金基底和铁镓合金对齐的一端的端部为固定部，除固定部的部分为自由部；自由部的端部固定有质量块，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；固定部的端部夹持在夹持装置上，夹持装置固定于L型基座长端的上表面，L型基座长端下表面与圆形轮毂上表面固定连接；L型基座短端上部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；圆形轮毂下表面与法兰盘固定连接；法连盘与圆柱杆固定连接；圆柱杆与能转动的中心轴连接，比如与汽车轮毂外侧的中心轴固定连接。
[0006]进一步的，固定部的长度D为10mm，拾取线圈以固定部与自由部的分界处为起绕点，向自由部端部方向缠绕，所绕线径为25mm，匝数为1400
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1600匝。
[0007]进一步的，夹持装置包括倒T型支架和长方体块，倒T型支架底端固定在L型基座长端上表面，自由部的端部夹在两个长方体块之间。
[0008]进一步的，矩形薄板固定在框架结构的两个侧面的最佳预磁化场位置。
[0009]进一步的，永磁铁为尺寸相同的多块永磁铁叠放在一起组成的结构。
[0010]进一步的，转换器的电路为，第四电源电压V4正极与电感L的一端相连接，电感L的另一端分别与第一开关H1的一端、第三二极管D3正极、第四二极管D4负极、第一二极管D1正极、第二二极管D2负极相连接；第一开关H1的另一端与第二开关H2的一端相连接，第二开关H2的另一端与第四电源电压V4负极相连接；第三二极管D3负极分别与第五二极管D5负极、第七二极管D7正极以及第一比较器U1正极、第三电容C3正极连接；第五二极管D5和第七二极管D7并联且同时与第一电阻R1的一端、第一电源电压V1正极相连接；第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端、第七电容C7正极、第一比较器U1正极、第二比较器U2负极相连接；第二电阻R2与第七电容C7并联且同时与第四电源电压V4负极、第一电源电压V1负极、第二电源电压V2正极、第三电容C3负极、第四电容C4正极相连接；第三电容C3负极与第四电容C4正极、第一电源电压V1负极、第二电源电压V2正极相连接；第四电容C4负极与第四二极管D4正极、第一比较器U1负极、第二比较器U2负极相连接；第二电源电压V2负极与第六二极管D6负极、第八二极管D8正极相连接；第六二极管D6与第八二极管D8并联且同时与第四二极管D4正极、第四电容C4负极、第一比较器U1负极、第二比较器U2负极相连接；第一二极管D1负极与第一电容C1的一端、第五电容C5正极、芯片的IN、SHDN端相连接；第一电容C1的另一端与第二电容C2正极、第七电容C7负极、第三电容C3负极、第二电阻R2的另一端、第一电源电压V1负极、第二电源电压V2正极，第四电容C4正极相连接；第二电容C2负极和第二二极管D2正极、第五电容C5负极相连接；芯片的OUT端与第六电容C6、第四电阻R4一端相连接；第六电容C6与第四电阻R4并联且同时与芯片的GND端、第五电容C5负极、第二电容C2负极以及第二二极管D2正极相连接；第六电源电压V6正极与第一比较器U1负极和第二比较器U2正极相连接；第一比较器V510尖端和PI控制的第二比较器U2尖端分别与双向开关的第一开关H1、第二开关H2的另一端相连接；第六电源电压V6负极接地；第四电源本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种磁致伸缩式旋转振动收集利用装置，其特征在于：该装置的复合悬臂梁为贴合在一起的铝合金基底(16)和铁镓合金(19)组成的一体结构，铝合金基底(16)的长度大于铁镓合金(19)，铝合金基底(16)和铁镓合金(19)的一端对齐，铝合金基底(16)和铁镓合金(19)对齐的一端的端部为固定部，除固定部的部分为自由部；自由部的端部固定有质量块(17)，自由部的铝合金基底(16)和铁镓合金(19)重叠部分缠有拾取线圈(4)，拾取线圈(4)的两端接线头与转换器连接；固定部的端部夹持在夹持装置上，夹持装置固定于L型基座(15)长端的上表面，L型基座(15)长端下表面与圆形轮毂(7)上表面固定连接；L型基座(15)短端上部与支撑装置(2)固定连接，L型基座(15)与支撑装置(2)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(14)，两矩形薄板(14)相对的内侧固定有永磁铁(8)；圆形轮毂(7)下表面与法兰盘(9)固定连接；法连盘(9)与圆柱杆(10)固定连接；圆柱杆(10)与能转动的中心轴固定连接。2.根据权利要求1所述的磁致伸缩式旋转振动收集利用装置，其特征在于：固定部的长度D为10mm，拾取线圈(4)以固定部与自由部的分界处为起绕点，向自由部端部方向缠绕，所绕线径为25mm，匝数为1400
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1600匝。3.根据权利要求1所述的磁致伸缩式旋转振动收集利用装置，其特征在于：夹持装置包括倒T型支架(22)和长方体块(5)，倒T型支架(22)底端固定在L型基座(15)长端上表面，自由部的端部夹在两个长方体块(5)之间。4.根据权利要求1所述的磁致伸缩式旋转振动收集利用装置，其特征在于：矩形薄板(14)固定在框架结构的两个侧面的最佳预磁化场位置。5.根据权利要求1所述的磁致伸缩式旋转振动收集利用装置，其特征在于：永磁铁(8)为尺寸相同的多块永磁铁叠放在一起组成的结构。6.根据权利要求1所述的磁致伸缩式旋转振动收集利用装置，其特征在于：转换器的电路为，第四电源电压(V4)正极与电感(L)的一端相连接，电感(L)的另一端分别与第一开关(H1)的一端、第三二极管(D3)正极、第四二极管(D4)负极、第一二极管(D1)正极、第二二极管(D2)负极相连接；第一开关(H1)的另一端与第二开关(H2)的一端相连接，第二开关(H2)的另一端与第四电源电压(V4)负极相连接；第三二极管(D3)负极分别与第五二极管(D5)负极、第七二极管(D7)正极以及第一比较器(U1)正极、第三电容(C3)正极连接；第五二极管(D5)和第七二极管(D7)并联且同时与第一电阻(R1)的一端、第一电源电压(V1)正极相连接；第一电阻(R1)的另一端与第二电阻(R2)的一端、第七电容(C7)正极、第一比较器(U1)正极、第二比较器(U2)负极相连接；第二电阻(R2)与第七电容(C7)并联且同时与第四电源电压(V4)负极、第一电源电压(V1)负极、第二电源电压(V2)正极、第三电...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘慧芳，董伟伟，常云龙，赵璐瑶，魏霖茹，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：
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