磁致伸缩振动发电机结构设计与实验研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：201231403046河北工业大学硕士学位论文磁致伸缩振动发电机结构设计与实验研究论文作者：李全学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：电气工程指导教师：曹淑瑛职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofEngineeringSTRUCTURALDESIGNANDEXPERIMENTALSTUDYOFMAGNETOSTRICTIVEVIBRATIONGENERATORbyLiQuanSupervisor:Prof.CaoShuying

2、November2014摘要近些年，随着无线网络节点技术的快速发展，解决其因电池技术发展滞后而带来的自供能问题也越来越多的得到科研人员重视。研究基于磁致伸缩材料的振动发电技术对这个问题的解决具有重要意义。本文首先回顾了磁致伸缩材料的研究现状与发展历程，简要分析了本构关系模型，着重介绍了具有三维特性的Armstrong模型，以及基于此模型研究了Galfenol的力磁耦合特性曲线，为本课题的研究打下了基础。然后，依次根据磁致伸缩振动发电机理论基础，对发电机数学模型进行动力学分析并确立了以悬臂梁结构作为振动发电机设计的基础。利用有限元方法对三种不同结构发电机磁路模型进行了仿真实验，

3、将三种结构仿真结果进行对比，确定了退磁效应对磁化曲线的影响和不同结构下的退磁因子，并将机械结构，电磁模块结合并整合材料本构模型，建立完整的数学模型。最后，在理论基础上，利用实验室设备对Galfenol合金静态磁特性曲线进行测试并与理论数据进行对比分析；设计并制作了固定夹具、偏置线圈、传感线圈等部件，完成了实验测试平台的组装搭建。最终对振动发电装置在固有频率222Hz、加速度为1g条件下的仿真实验数据和实际电压信号进行测试，并其结果进行对比分析，得出该模型作为振动发电装置对振动能量转化为电能可行性的结论。关键字：磁致伸缩Galfenol合金本构关系模型悬臂梁振动发电机IABST

4、RACTInrecentyears,withtherapiddevelopmentofwirelessnetworknodestechnologytosolvetheproblemofitsself-poweredbatterytechnologylagduetobringmoreandmoreresearcherstogetattention.Researchhasimportantsignificancevibrationgenerationtechnologybasedonmagnetostrictivematerialonthisissueresolved.Thisp

5、aperreviewstheresearchstatusanddevelopmentprocessofmagnetostrictivematerial,abriefanalysisoftheconstitutiverelations,highlightingtheArmstrongmodelwiththree-dimensionalcharacteristics,aswellastostudytheforceofthemagneticcouplingcharacteristicsGalfenolBasedonthismodel,orientedtopicstheresearc

6、hfoundation.Then，inturnbasedonthetheoreticalbasisofmagnetostrictivevibrationgenerator,thegeneratordynamicanalysisofthemathematicalmodelandtoestablishthebasisforacantileverstructureasavibrationgeneratordesign.Usingthefiniteelementmethodforthreedifferentmagneticcircuitstructuregeneratormodels

7、imulationexperiments,threestructuralsimulationresultswerecomparedtodeterminethedemagnetizationfactordemagnetizationeffectonthemagnetizationcurvesunderdifferentstructureandmechanicalstructure,electromagneticmodulecombinesandintegratesthematerialconstituti