Terfenol-D/PZT复合磁电换能器振动能量采集器设计

"该资源是一篇首发论文，介绍了采用磁电换能器的振动能量采集器的设计和工作原理。研究人员江小芳、文玉梅等人来自重庆大学光电工程学院，他们利用Terfenol-D/PZT/Terfenol-D复合磁电换能器，构建了一种新型振动能量采集器，该采集器由悬臂梁、磁电换能器和永磁体构成，能够将环境振动转换为电能。通过理论分析和实验验证，该采集器在特定条件下的输出电压峰峰值可达45.1V，输出功率为112.1µW。" 本文主要探讨了振动能量采集领域的一种创新方法，尤其是聚焦于磁电换能器的应用。振动能量采集是一种将环境中普遍存在的振动转化为电能的技术，常用于微电子设备的自供能。传统的电磁和静电方式存在体积大、效率低或需要额外电源的问题。 Terfenol-D/PZT/Terfenol-D复合磁电材料因其高的磁电电压系数和转换效率而受到关注。Huang等人的早期研究展示了这种复合材料在振动能量采集中的潜力，但其设计依赖外部驱动，能量损耗较大。相比之下，本文提出的设计通过悬臂梁结构将环境振动直接转化为磁场变化，同时采用了永磁体与导磁板构成的闭合磁路，减少了能量损失。 振动能量采集器的核心是磁电换能器，它由悬臂梁、磁电换能器和永磁体三部分组成。当环境振动导致换能器与永磁体相对运动时，变化的磁场使Terfenol-D产生应变，这个应变进一步传递到PZT，从而产生电输出。理论分析部分详细讨论了影响换能器与永磁体相对运动的磁场力以及永磁体的非线性运动特性。 实验结果显示，该采集器在振动激励频率33Hz、振动加速度0.5g的条件下，能够达到45.1V的输出电压峰峰值和112.1µW的输出功率。这一成果为低功耗无线传感器网络和自供电系统提供了新的可能，尤其是在难以接入传统电力系统的场合。 关键词涉及的能量采集、复合磁电换能器和磁电效应，揭示了研究的重点。该论文的贡献在于提供了一种有效且高效的振动能量采集解决方案，有望推动微型能量收集技术的进步。