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Design and optimization of a compact rectangular galfenol-based magnetostrictive energy harvester

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作者
David Gandía,Jorge Gómez-Hurtado,Juan Jesús Beato-López,Eneko Garaio,Isaac Royo-Silvestre,G. Vargas,Cristina Gómez-Polo
出处
期刊:Sensors and Actuators A-physical [Elsevier BV]
卷期号:396: 117231-117231 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.sna.2025.117231
摘要

Electromagnetic vibration energy harvesters are widely explored as low-cost and robust solutions for powering wireless and low-power electronics. Based on Faraday’s law, energy generation relies on the modification of the magnetic field distribution within a magnetic element caused by mechanical vibrations inducing an electromotive force (EMF) in a pick-up coil. Within cantilever-based approaches, most harvesters employ rectangular, U-shaped or V-Shaped beams coupled with active materials, coils and permanent magnets, with varying levels of complexity and efficiency.In this work, we present a magnetostrictive harvester based on a rectangular iron cantilever with a bonded Galfenol layer and two cubic magnets, to collect the energy of one dimensional vibrations, optimized through Finite Element simulations and experimental testing. Finite Element Method (FEM) is used to explain the harvester behavior. Magnetic modeling enabled accurate estimation of the H-field inside the Galfenol, guiding the system toward the optimal bias field (~8 kA/m), while mechanical simulations provided insight into internal stress distribution. This dual modeling strategy not only supported the experimental results but also can be used to design efficient magnetostrictive harvesters for real-world applications.Thanks to the to the refinement process, the resulting design, despite its simplicity, delivers a power density of 4.3 mW/cm3 at 40 Hz resonance, demonstrating performance comparable to that of significantly more complex magnetostrictive harvesters.

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