本技术介绍了一种新颖的冲击能量转换为电能的方法和相关装置。该技术通过各向同性压力变化激发压力敏感磁性复合材料的磁性相变,导致磁通密度变化,实现能量转换。所述材料包含
背景技术
冲压机床、打桩机、货运铁路机车、载重卡车等设备运行时,会对其各部件、底座及地面产生较强烈的冲击力,这些能量通过机械振动的形式传播,产生较强烈的噪声,并转换为热能,耗散至周围环境中。上述设备往往采用较厚重的结构件来应对工作时的强烈冲击。若能在一定程度上回收上述冲击能量,并转换为电能输出,不仅将产生一些减振降噪的效果,缓解冲击力对各部件的潜在损伤,也有助于设备的轻量化和紧凑化。此外,由振动能量转换而来的电压或电流,也可作为一种振动传感信号,用于监控设备的运行状态。
冲击能量具有运动行程短,作用时间短、瞬时力值高的特点。传统的发电装置基于感应线圈在磁场中的相对运动产生的动生电动势,要求驱动力能够产生较大的运动行程,因此难以直接用于冲击能量的收集。目前压力发电有下列几种常见的技术方案。一种是利用杠杆、齿轮等机械结构放大感应线圈相对磁场的位移,基于动生电动势的原理,实现电压的输出。由于运动机构自身的惯性,此类装置对于瞬时作用力的响应速度慢,对冲击能量的传导效率较低。另一种压力发电的技术方案是基于陶瓷、聚合物等材料的压电效应。该方案虽然不依赖于运动行程,但压电材料的力学承载能力相对较低,在瞬时强力冲击的作用下有较高的损坏概率。此外,基于磁致伸缩材料的磁晶各向异性系数随单轴压力变化的性质,也可实现压力发电,但常见的磁致伸缩合金如Td-Dy-Fe合金、Fe-Ga合金等,不仅含有大量高价金属元素,其性能高度依赖于特定的晶粒排列方式,因此材料的制备成本较高,限制了其应用前景。
实现思路