MSMA振动发电机的建模与仿真

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1、第31卷第4期沈阳航空航天大学学报V01．31No．42014年8月JoumalofShenyangAerospaceUniVers时Aug．2014r’+“+”+”+”、{控制工程}k．．+。+。+。+一』文章编号：2095一1248(2014)04—0039一05MSMA振动发电机的建模与仿真张庆新，颉玉寰，李健(沈阳航空航天大学自动化学院，沈阳110236)摘要：振动发电就是利用电磁感应、压电技术、智能材料等将外部的机械振动能量通过一定装置转换成电能，实现机械振动能量和电能的转换。在分析磁控形状记忆合金(Magneticsh印eMemory舢loy，简称MsMA)振动发电原理的

2、基础上，利用MsMA智能材料的维拉利效应对振动能量进行收集，建立了MsMA振动发电机的数学模型，求出振动发电机感应电动势与压应力及外加磁场的数学关系。分析了振动应力幅值、频率的响应特性，仿真结果验证了MsMA振动发电的可行性。关键词：磁控形状记忆合金；振动发电机；数学模型；仿真中图分类号：N945．12文献标志码：Adoi：10．3969／i．issn．2095—1248．2014．04．008ThemodeUngandsimulationoftheMSMAVibrationgeneratorZHANGQing—xin，XⅢYu-huaIl，LIJian(CollegeofAutom

3、ation，ShenyaJlgAerospaceuIliVers埘，ShenyaIlg110136)Abstract：Vibration-basedpowergenemtionistoconVentheextemalmechallicalVibrationenergyintoelec一仃icalenergywimmeuseofelectromagneticinduction，piezoelectrictechnologyandsmanmaterials．BasedontheanalysisofmeVibrationgenerationprincipleofmagneticshapem

4、emoDra110y(MSMA)，Vibrationen—ergyiscollectedaccordingt0meVill撕ef艳ctofsmanmat嘶alsMSMA．AmamematicalmodelofMSMAvibrationgeneratorisbuiltt0findmemamematicalrelationshipbetweenmeinducedelec仰motiVeforceoftheVibrationgeneratorandthecompressiVestressaIldappliedmagneticfield．Andtlleresponsechamcteris—ti

5、csofmeVibrationstressarnplitudea11d矗equencyareaIlalyzed．ThesimulationresultsVedfymefeasibilityofMSMAvibrationgeneration．Keywords：magneticshapememorya110y；Vibrationgenerator；matllematicalmodel；simulation振动能量在自然界中广泛存在，将环境中的振动能转换成电能，为无线传感器网络或低功耗型电子设备供电，不仅可以提高能源的综合利用率，还可以用来延长传统电源的使用时间，甚至在一定条件下可以取代电

6、源。同时，由于一部分振动的机械能转换为电能，消减了振动的部分能量和冲击，通过合理的设计，还能在一定程度上起到减振作用，可谓是一举多得。近几年，根据振动发电机能量转换原理的不同，出现了压电式振动发电机⋯、磁致伸缩式振动发电机。2J，还有复合式振动发电机日-等。磁控形状记忆合金(简称MsMA)作为一种收稿日期：2014—05—23基金项目：国家自然科学基金(项目编号：51277126)；辽宁省高等学校优秀人才支持计划项目(项目编号：LR2013007)；辽宁省自然科学基金(项目编号：2014024014)作者简介：张庆新(1970一)，男，河北涞水人，博士，教授，主要研究方向：电机及其控

7、制系统，智能控制及优化算法应用，E_mail：zhy9712@sau．edu．cn。沈阳航空航天大学学报第31卷新兴智能材料，在室温下直线变形率达到了6％【4J，弯曲变形率达到了18％bJ，并且通过控制外加磁场可以精确地控制材料的形变量MJ。与压电材料、超磁致伸缩等材料相比，具有变形量大，变形率与所施加的磁场强度具有较好的线性关系；动态响应速度快。川，能量密度大。控制简单等优点旧J。实验证明，MsMA还具有显著的逆特性，即维拉里效应，也就是当MsMA在外部