磁控形状记忆合金电机的设计与特性分析

作     者：于汇洋 

作者单位：沈阳航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张庆新

授予年度：2014年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：磁控形状记忆合金 振动发电机 应力 磁化强度 输出电压 

摘      要：随着人们对能源节约和环境保护越来越多的关注,收集周围环境中普遍存在的振动能量，将机械振动能转换为电能已成为广大科技人员研究中的一大热点。振动发电就是利用电磁感应、压电技术、智能材料等方式，将外部的机械振动能量通过一定装置转换成电能，实现机械能振动能量和电能的转换，此类微型振动发电机的研究具有很好的应用价值和广阔的发展前景。磁控形状记忆合金(MSMA)是近些年发现并研究的一种新型智能材料，与其他智能材料相比，MSMA具有变形率大、易于控制、功率密度大、高动态响应速度和高机电能量转换效率，研究表明，该智能材料能够实现对振动能量的收集和利用。 本文首先分析了MSMA的微观结构和物理特性以及变形机理。对MSMA合金的静、动态特性进行了系统的分析，给出了外加磁场、预压力与MSMA材料变形之间的关系，为MSMA在振动发电机中的应用提供了理论基础。并对MSMA合金的逆特性，即维拉里效应进行了初步的实验研究。通过实验验证了MSMA用于制造振动发电机的可行性。 其次，对MSMA振动发电机的结构和磁路进行了设计。确定发电机的机械结构、零部件尺寸、加工要求与材料的规格及性能要求。通过计算来确定与所设计电机电磁性能有关的的尺寸和数据，选定有关材料，并和算其电磁性能。 最后，在MSMA振动发电机的原理分析的基础上，建立了MSMA合金的磁化强度模型，求出在磁场和应力共同作用下的MSMA合金的磁化强度，同时建立了MSMA振动发电机的模型，得到振动发电机感应电动势V与磁化强度和应变的量化数学关系。在仿真实验中对基于MSMA合金的发电机进行了的特性分析，分别分析了外加应力、施加磁场、振动频率对输出电压影响。分析和实验结果验证了基于MSMA合金制作微型振动发电机的可行性，对于进一步开展MSMA振动发电机的相关研究，具有重要的理论指导意义，为以后的实验打下了一定的理论基础。