磁场增强压电悬臂梁震动发电装置

在压电悬臂梁的自由端施加非均匀磁力增加梁的振幅,探索研究了磁力对悬臂梁的谐振频率漂移、输出电压和输出功率的影响。结果表明,引入非均匀磁场斥力,压电悬臂梁的输出电压和输出功率得到明显提高。当负载电阻为100 kΩ,振动台(LDS)用0.200 V正弦电压驱动时,由尺寸75 mm×7.8 mm×0.35 mm的锆钛酸铅镧(PLZT)长压电片和80 mm×7.8 mm×0.10 mm黄铜片构成的压电悬臂梁在谐振频率的电压和功率输出分别为19.02 V和1.8 mJ。     

低频简支梁压电发电装置实验研究

利用制备的压电厚膜采用简支支撑方式,设计和制作了压电发电装置,并对该发电装置进行了压电发电实验研究。实验结果表明,单片压电厚膜在外加作用力频率从0²Hz发生变化时,在负载电阻值为105kΩ时可获得约130μW的最大输出电功率。研究中还发现增加并联的厚片数目可成比例地增加输出功率,因此能满足用于无线车辆检测传感器的功率要求。     

双稳态压电悬臂梁发电性能分析

利用增量谐波平衡法(IHB)对双稳态压电发电系统的发电性能进行了研究.首先通过与龙格-库塔法(R-K)数值计算的结果相对比,证明IHB法解的有效性;其次利用IHB法分别计算了磁化强度不同时双稳态压电发电系统的电压幅频响应曲线及不同的负载电阻下的发电功率,得出双稳态压电发电系统的电压幅频响应存在解的跳跃现象,并且当磁场强度增大时,电压幅频曲线向右偏移,大幅运动的响应频带变宽,最大幅值变大.另外,分析了系统电阻匹配问题,只有选择合适的电阻值时,发电功率才能达到最大;最后与线性压电发电系统相比,得到双稳态压电发电系统在低频宽带下能产生较高的发电功率.     

TPMS用压电发电装置研究

提出利用压电发电装置替代电池为汽车轮胎压力监视系统(TPMS)提供实时电能,在分析了压电振子安装方式、固有频率及车速对压电发电装置发电能力影响的基础上,设计了一款适合安装在车轮毂上的压电发电装置,并对其发电性能进行了试验分析和理论计算,结果表明,压电振子在既垂直于轮毂又垂直于车轮滚动方向的安装方式下,利用两片不同固有频率的悬臂梁型压电振子制作的压电发电装置产生的电能满足汽车轮胎压力监视系统(TPMS)的供电要求.     

蝴蝶式多层悬臂梁压电发电装置研究

为了提高压电发电装置的发电能力,设计了一种新型的蝴蝶式多层压电悬臂梁。为了研究该装置中每个压电双晶梁的发电性能,建立了在自由端外力作用下压电悬臂梁的输出电压理论模型,以此用来分析压电双晶梁的开路输出电压。制作了多层压电发电装置,并搭建实验平台对装置的发电电压进行实验测试,将实验测试数据与理论计算结果进行比较,两者误差小于10%。将发电装置中的6层压电片串联后研究发现,装置的发电电压基本不变,而发电功率可达单层的6倍,说明该新型蝴蝶式多层压电悬臂梁结构可提高发电能力。     

新型风力压电发电装置设计及发电性能

为了利用压电发电装置采集自然界中的风能,并解决传统压电发电装置受外界振源限制的缺陷,设计了一种新型的风力压电发电装置。对装置中的悬臂梁压电振子进行了发电电压的理论分析及有限元验证,结果表明,压电振子发电电压的理论计算结果与ANSYS仿真结果基本吻合,两者之间的误差仅为0.54%。在此基础上,运用ANSYS有限元软件来计算该新型风力压电发电装置的发电能力,计算得到装置在振幅为1 mm、频率为20Hz的简谐力作用下,一个悬臂梁压电振子所产生的电压为30.1V。为了获得最佳的发电性能,对发电装置的结构参数进行了优化设计,研究结果表明,当悬臂梁压电振子的上表面比风车轴凸轮上凸点的最低点位置高2mm时,该装置具有最佳的发电性能,一个悬臂梁压电振子可产生约60.3V的发电电压。     

一体双驱对称式压电悬臂梁微驱动器

设计了一种一体化加工的双驱对称式压电悬臂梁微驱动器。对压电驱动器工作原理、压电驱动器在准静态工况与共振工况下的输出特性进行了理论分析,确定压电驱动器几何尺寸。介绍了压电驱动器的多层复合结构与一体双驱的实现方式。制作了压电驱动器样机,并通过有限元仿真分析与测试实验相结合的方式得到压电驱动器的阻抗特性与输出特性曲线。将压电驱动器运用在轮式机器人,验证了设计的可行性。     

压电点火器的发电特性研究

本工作研究了普通压电打火机中的压电点火器发电特性,以调查其产生的电能能否满足小型电子设备对电能的需求。研究发现压电打火器能够产生高达千伏的高压脉冲,于是通过接入整流桥、电容和稳压器来对高压脉冲进行整流和稳压。研究还发现,接入负载的阻值对压电点火器的输出功率有急剧影响,当阻值为0.22 kΩ时输出功率达到极大值0.26 mW,基本可以满足一些小型电子设备的电能需求。     

压电发电技术研究综述

面对21世纪能源短缺的挑战,努力寻找更可持续性和更环保的新型能源无疑成为解决问题的关键.从环境中采集能量转换为电能的技术也越来越受到重视.该文在对比此类新型发电方式的基础上,认为利用压电发电技术采集环境能量具有独特的优势.分析了振动式压电发电技术在国内外的研究进展,并以大功率的道路压电发电为重点,阐述了其原理、结构和应用领域,总结了今后的发展方向和热点问题.     

压电陶瓷发电装置的能效优化系统设计

针对压电发电装置发电效率不高的问题,设计了一种基于单片机的压电陶瓷发电装置的能效优化系统,该系统可调节悬臂梁长度来改变装置的固有频率,让系统自动适应外界振动信号变化,实现装置的能效最大化。利用LTC3331电源管理芯片来进行整流、变压,将能量存储在可充电电池的同时,又将一部分电能作为整个系统的工作能源,实现优化系统的自供电。     

压电悬臂梁发电机能量转换效率研究

为提高车轮轮毂振动下的压电悬臂梁发电机能量转换效率,根据哈密顿原理建立了发电机能量转换效率模型,利用数值模拟和试验分析的方法研究了发电机结构尺寸和材料特性对其能量转换效率的影响规律。研究表明,金属基板过厚或太薄、杨氏模量太小都不利于提高发电机的能量转换效率。在金属基板材料不同时,存在一个最佳厚度比(金属基板与总厚度之比)使发电机能量转换效率最高,铜、铝、钼3种金属基板材料的发电机最佳厚度比分别为0.67、0.72、0.45;在相同厚度比(0.5)条件下,钼基板的发电机能量转换效率较高,随着杨氏模量比(金属基板的杨氏模量与陶瓷的杨氏模量之比)的增大,发电机能量转换效率增高,但当杨氏模量比大于4时,发电机的能量转换效率变化不明显。     

利用PZT块材制备微型压电悬臂梁采能器的研究

采用压电陶瓷(PZT)片状块材设计并制作了一种可集成于微机电系统的压电悬臂梁能量采集器.介绍了元件的整体制备流程,包括湿法化学蚀刻、反应离子(RIE)干法蚀刻、UV-LIGA等流片技术.该文利用环氧树脂将PZT紧密粘结在基片上的方法步骤和工艺参数作了详细描述,最终获得了2000μm×750μm×500μm(长×底宽×尖...     

压电悬臂梁振动控制系统联合仿真与实验研究

针对传统的悬臂梁振动抑制系统建立动力学方程的复杂性和精确性不高等缺点,该文提出利用多物理场耦合仿真软件搭建悬臂梁系统作为被控对象,通过设计比例、积分、微分(PID)算法在Simulink中建立控制器模型,对悬臂结构进行振动控制联合仿真。由于结构具有未知性,因而传统控制器PID参数的选取常需根据经验进行试凑来确定。通过提出遗传算法优化PID参数的模型,从而实现参数在线优化实时控制压电悬臂梁振动,仿真和实验均验证了该模型的有效性。此外还通过改变压电执行器在悬臂梁不同应力处的位置进行了振动抑制的仿真与实验。结果表明,该算法模型具有很好的鲁棒性,在不同位置处均可获得最佳的PID整定参数,实现振动抑制最佳效果。     

风动压电发电机的结构设计及实验研究

物体在空中飞行时,或物体静止于流动的气体中,气体相对于物体进行流动,该流动的动能可使涡轮发生转动,运用涡轮转动时产生的力迫使压电振子进行振动,进行机械能与电能的转换,产生电能,通过桥式整流电路与贮存电路把该电能存贮下来,进行稳压后给一些电路进行供电.因空气流动的频率具有不确定性,研究了压电振子在非谐振环境下产生电能的原理与特点,进行了压电振子产生的电能作为电路电源可行性验证,设计了发电机的结构,进行了模拟实验.实验结果表明,运用强迫振动的方式可保证压电振子产生电能,利用该原理制成的压电发电机,具有无污染,活动部件少,激发时间短,产品易于小型化的特点.     

单晶压电振子结构二维优化设计

为优化单晶压电振子结构,提高其在特定工作环境要求下的能量转化效率,建立了输出电荷量的振子形状函数的理论模型。综合考虑发电效能、工作面积、结构体积及紧凑度在实际应用中的重要度,通过对各个因子的无量纲化处理,建立了单晶压电振子的评价函数。以某特定风动能环境下的风力压电发电机为例,对压电振子进行了二维优化设计,理论计算结果表明,相比于等截面矩形悬臂梁式压电振子,优化结构的发电量提高了51.8%,工作面积及结构体积分别减小了11.75%,30.41%。与一维优化的梯形压电振子相比,综合性能也有一定提高。但利用有限元软件对优化压电振子进行振型分析发现,其固有频率相比于矩形振子有所提高,使得在较低振动频率环境中的应用受到一定限制。     

悬臂梁式压电发电机自主控制快速充电电路设计

针对悬臂梁式压电发电机为储能电路充电速度慢的问题,提出了一种自主控制快速充电思想。通过分析悬臂梁式压电发电机以超级电容器为负载时的输出特性,采用MATLAB/Simulink仿真得出超级电容器充电最快的时段,设计出以微功耗单片机ATmega168为控制核心的自主控制快速充电电路。实验证明,该电路充电储能比传统的快3倍以上,实现了微型发电机应用中快速充电和自主控制功能,满足了连续振动中微功耗电子器件、传感器及间歇式大功耗电路的要求。     

一种基于梯形压电悬臂梁的能量采集器研究

提出了一种基于d33模式的梯形压电悬臂梁式能量采集器.采用梯形悬臂梁结构能提高能量采集器的平均应力和降低其最大应力,增加其输出电压和使用寿命;同时由于压电材料的d33系数一般是d31系数的2～3倍,利用d33模式同样能提高能量采集器的输出电压.分析和制备了同尺寸的d31模式和d33模式两种能量采集器,并进行测试.实验结果表明,d33模式能量采集器的输出电压约是d31模式的2倍,具有较高输出电压,与有限元分析结果基本一致.     

基于压电变压器的高压发生器的研究

该文提出了一种用于离子风枪的基于压电变压器实现高压发生器的设计方法,此法有利于高压发生器的小型化。描述了压电变压器相关特性,并给出了压电变压器外围电路(输入驱动电路、输出倍压电路、反馈电路)相关设计的理论基础和设计方法。利用软件仿真验证此法的可行性。