[发明专利]一种两自由度多稳态MSMA振动能量采集器

说明书

本发明设计一种两自由度多稳态MSMA振动能量采集器，属于振动能量采集技术领域；该采集器包括基底、动态放大器、永磁体、外壳、硅钢体、磁控形状记忆合金(MSMA)、悬臂梁、固定挡板、后置顶杆、弹簧、多根固定杆和感应线圈等；在悬臂梁的末端设有两对相互排斥的磁铁，在多稳态振荡器与基础之间设有动态放大器，本发明结构稳定新颖，能量转换密度高，降低了振动能量采集器对环境振动强度的敏感依赖程度，较一般采集器有更宽的工作频带和机‑电转换效率，能够在微型机电系统中得到广泛的应用，同时利用磁控形状记忆合金材料特性将振动能量转换为幅值频率可变的交流电压，转换效果更好，实用性强。

技术领域

本发明属于振动能量采集技术领域，具体涉及是利用磁控形状记忆合金(MSMA)特性和动态放大器结构，设计一种两自由度多稳态MSMA振动能量采集器。

背景技术

现有的将振动能量转化为电能的采集器较少，传统的能量采集器一般被设计成线性系统，工作频带窄，谐振频率难以和环境振动频率完全匹配，致使能量采集与转换效率大大降低，不适合应用于实际中，只作为实验样机研究；且大部分能量采集器结构不稳定，使用方法繁琐，所转换的电量太微弱，以至于对于其应用范围有限和应用价值较小，实用性不佳。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出一种两自由度多稳态MSMA振动能量采集器，一种两自由度多稳态MSMA振动能量采集器，包括动态放大器(2)、采集装置、永磁体(A)、(B)、(C)和多根固定杆(7)；

所述采集装置包括悬臂梁(5)、外壳(13)、形状记忆合金(8)、固定挡板(6)、后置顶杆(9)、弹簧(10)、导向套、硅钢体(12)、感应线圈(11)、永磁体(14)，所述动态放大器(2)被固定于采集装置与基底(1)之间，所述外壳(13)设置有前挡板和后挡板，前后两挡板之间及两挡板与采集装置的底座之间都通过固定杆相连接；所述悬臂梁(5)一端固定于后挡板，另一端贴合一个永磁体(A)，在悬臂梁的末端设有另两个永磁体(B、C)，永磁体(A和B、A和C)两者之间磁极呈相互排斥放置；在悬臂梁(5)上设置有固定挡板(6)和后置顶杆(9)，形状记忆合金(8)在导向套中被固定于固定挡板(6)和后置顶杆(9)之间，通过悬臂梁(5)上下振动，固定挡板(6)和后置顶杆(9)可对形状记忆合金(8)施加挤压外力；所述的弹簧(10)放置于后置顶杆(9)上，弹簧(10)的前段与后置顶杆(9)接触，弹簧(10)的末端与外壳(13)的后挡板接触；所述的感应线圈(11)缠绕在硅钢体(12)上,所述的硅钢体(12)设置为两块E型形状，呈对称式固定于前后挡板(6)和(9)之间，上下两端放置有两个磁极方向相同的永磁体(14)，所述E型硅钢体(12)的中部为楔形，形状记忆合金(8)的左右由硅钢体(12)的楔形末端固定。

所述的形状记忆合金(8)采用磁控形状记忆合金MSMA。

一种两自由度多稳态MSMA振动能量采集器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、设定磁控形状记忆合金(8)的尺寸和磁感应强度阈值，根据所设定的尺寸和阈值，建立磁路三维模型，确定永磁铁(3)和硅钢体(12)的尺寸范围，根据所设计的结构尺寸，计算感应线圈(11)的匝数和线径；

步骤2、设定采集装置运行参数，根据所设定的采集装置运行参数进行电磁仿真，获得实际磁感应强度；

步骤3、设定悬臂梁(5)的长度和永磁体(A、B、C)之间的距离，根据建立的力学系统方程，判断永磁体之间合理的距离；

步骤4、判断获得的实际磁感应强度是否大于等于所设定的磁感应强度阈值，若是，执行步骤5，否则，返回执行步骤1，对采集器的各个尺寸进行重新设计；

步骤5、将当前设置的采集器永磁体的尺寸和永磁体之间的距离作为一种两自由度多稳态MSMA振动能量采集器永磁体的尺寸和距离，并进一步确定一种两自由度多稳态MSMA振动能量采集器的全部零件尺寸；