新型多层悬臂梁压电发电装置发电性能研究

为了提高压电发电装置的发电能力,设计一种新型蝴蝶式多层悬臂梁压电发电装置。基于ANSYS 12.0有限元软件,建立三层悬臂梁压电发电装置的有限元模型,对装置进行了静力分析以及模态分析。有限元分析结果表明,该多层发电装置每一层的应力和变形规律基本一致,符合悬臂梁结构的典型特征。在此基础上,建立单层悬臂梁的压电耦合有限元模型,分析每一层悬臂梁模型的固定端(基座)在承受外界激励载荷作用时的电压分布和电压响应曲线。制作了三层压电发电装置,并对装置的应力、固有频率和开路输出电压进行了试验测试,试验测试结果与仿真结果基本吻合。对单层压电悬臂梁在不同外界激振频率和振幅作用下的发电性能影响规律进行了试验与仿真研究。结果表明:该蝴蝶式多层悬臂梁压电发电装置在受到频率为38 Hz,振幅为1.25 mm的环境振动载荷作用时,具有最佳的发电性能。     

双晶悬臂梁压电发电装置发电能力的仿真

针对双晶片悬臂梁式压电振子的理论模型,分析了压电振子的结构参数对压电发电装置发电能力的影响。运用ANSYS有限元软件建立了压电振子的压电耦合模型,研究了压电振子的配重质量、悬臂梁长度和金属基板厚度等结构参数对压电振子的固有频率以及压电发电装置发电量的影响规律。为了验证有限元模型的正确性,对典型结构参数压电悬臂梁的一阶固有频率和发电电压进行了实验测量。仿真结果表明,增加悬臂梁的配置质量和长度、减小悬臂梁基板的厚度都可以降低结构的固有频率,选择恰当的结构参数匹配可以使发电装置的固有频率接近外界的激振频率,从而实现最佳的发电性能。     

悬臂梁双压电晶片振子发电性能研究

以双压电晶片振子为研究对象,对悬臂梁式双压电晶片振子在正压电效应下电压输出特性进行了有限元分析与试验研究,给出了压电晶片在悬臂梁上的最佳粘贴位置,并且利用有限元分析软件建立了悬臂梁双压电晶片振子的有限元模型,进行了结构尺寸参数对悬臂梁双压电晶片振子输出电压影响规律的仿真分析;利用压电陶瓷发电能力测试系统进行了试验测试,通过仿真和试验结果对比分析,得出了结构尺寸参数对悬臂梁双压电晶片振子发电的输出电压影响规律。     

万向型压电换能器发电性能理论分析与实验

为实现对不同方向振动源振动能量的收集,对一种万向型压电换能器的发电性能进行了理论分析与实验测试.理论分析表明,万向型压电换能器的发电性能受到压电梁夹角的影响,在其多方向发电能力方面,随着外界激励方向的变化,产生的电能呈波浪起伏状变化,换能器对不同方向振动源的激励具有较好的适应性.进一步的实验测试验证了万向型压电换能器的多方向发电能力,且在压电梁夹角为π/2时,最大输出功率达到约1.3 mW,最小输出功率约为0.6mW.     

简易压电晶片式液压发电装置的设计及试验

为实现低频率,高强度的振动能量回收和利用,提出一种基于压电流体耦合作用的压电晶片式液压发电装置。通过理论分析设计结构,采用直径60mm,厚度1.6mm的压电晶片以及直径16mm,高度50mm的液压缸制作样机,用水作为工作介质,测试了装置在不同激励频率、激励电压、系统背压及加载质量等条件下的电压输出情况。试验结果表明:当激励频率(工作频率)在27Hz左右时,该压电晶片式液压发电装置的输出电压达到最大,且在一定的范围内,发电装置输出电压随着激励电压、系统背压及加载质量的增加而增加,验证了液压-压电发电的可行性。     

多组多层宽频压电发电装置的发电性能

为了改善单层压电发电装置的发电性能和适应更宽范围的振动频率,提出了一种多组多层宽频悬臂梁压电发电结构。运用ANSYS软件建立了每组多层压电发电装置的有限元分析模型,并进行了静力和模态分析,得到了各组的固有频率。由静力分析可知,每组结构中各层悬臂梁的变形和应力分布规律几乎相同。建立了单层压电悬臂梁的耦合分析模型,计算得到其固定端在受到外界激励作用下的发电电压。为了验证有限元计算结果的正确性,制造了其中一组多层悬臂梁结构,并通过实验测试了固有频率和发电电压,实验测试结果和计算结果一致。最后,研究了每一组单层悬臂梁在不同振动频率下的发电能力,研究结果表明:当外界振动振幅为1 mm,频率在35 Hz到55 Hz之间变化时,该多组多层压电发电装置的发电性能较好,三组中至少有一组单层悬臂梁的发电峰值电压在2.8 V以上。     

悬臂梁式压电发电结构理论模型及其仿真研究

为提高压电悬臂梁发电能力以及将压电发电技术应用到日常生活中,开展了压电振动理论分析,建立了压电装置的发电能力与压电材料的厚度比、长度以及悬臂梁的材料、长度等之间的关系,提出了数学建模的分析方法,在理论上对压电悬臂梁的发电能力进行了评价,并进行了Matlab仿真实验.其结果表明:悬臂梁压电发电模型中,压电材料存在最佳厚度...     

高Q_M值夹心式压电超声换能器的设计

为了改善换能器的QM值,降低换能器工作时损耗,设计了一种工作在并联谐振频率的压电超声换能器。根据换能器的频率要求,利用换能器的频率方程完成换能器结构尺寸的设计;使用有限元方法对换能器的结构和性能进行了仿真分析;通过实验分析了压电陶瓷晶片关键参数对换能器性能的影响,提出陶瓷晶片匹配原则,为生产高QM值压电换能器提供了参考。     

等应力悬臂梁压电陶瓷单晶片的发电性能研究

为了提高悬臂梁压电陶瓷单晶片的发电性能,根据等强度梁理论,对悬臂梁压电陶瓷单晶片结构进行优化设计,得到等应力悬臂梁压电陶瓷单晶片。通过ANSYS仿真和实验研究,对比分析等应力悬臂梁压电陶瓷单晶片和非等应力悬臂梁压电陶瓷单晶片发电性能,结果表明:等应力悬臂梁压电陶瓷单晶片的发电性能更好,在相同的激励条件下,其单位面积输出的电压更高。     

悬臂梁压电发电装置的实验研究

压电材料在外力的作用下可以产生电荷,将这部分电荷收集起来可以为微功率电器提供电能。在对单层悬臂梁压电发电装置进行实验研究的基础上,设计并制作出多层悬臂梁压电发电装置;对两种装置的实验结果进行研究分析,不仅拓宽了悬臂梁压电发电装置的谐振频带,更有效地提高了其发电能力。