【摘要】：為提高壓電發(fā)電機(jī)可靠性、環(huán)境適應(yīng)性,提出一種磁夾外伸梁調(diào)頻的壓電旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī),即利用旋轉(zhuǎn)磁鐵激勵(lì)磁夾式壓電外伸梁構(gòu)造壓電發(fā)電機(jī),從理論和試驗(yàn)兩方面對其發(fā)電特性進(jìn)行了研究,具體內(nèi)容如下:1.建立了磁夾式壓電外伸梁的有限元仿真模型,分析了寬度比、厚度比及楊氏模量比等因素對壓電振子應(yīng)力分布和變形的影響規(guī)律,以及夾持間距(夾持磁鐵與受夾持磁鐵相鄰磁極間初始距離)和跨度比(固定端到夾持磁鐵中心的跨度與其最大值之比)對其應(yīng)力分布、固有頻率及振型的影響規(guī)律,結(jié)果表明:(1)應(yīng)力差隨楊氏模量比/夾持間距/跨度比增大而減小,存在最佳的寬度比和厚度比使其應(yīng)力分布較均勻;外伸梁端部位移隨寬度比/厚度比/楊氏模量比增大而減小;(2)磁夾式壓電外伸梁一階固有頻率隨夾持間距/附加質(zhì)量增大而減小、隨跨度比增大而增大,且其一階振型下壓電晶片同一表面電荷極性相同、發(fā)電效果較好。2.建立了激勵(lì)磁鐵與受激磁鐵間激振力的有限元仿真模型,研究了激勵(lì)距離/磁鐵厚度比/磁鐵直徑比/磁鐵數(shù)量比(激勵(lì)磁鐵數(shù)與其最多均布數(shù)之比)對激振力的影響規(guī)律;建立了壓電發(fā)電機(jī)動力學(xué)模型、設(shè)計(jì)了相應(yīng)的MAPLE仿真程序,研究了磁鐵數(shù)量比/等效剛度/阻尼比/附加質(zhì)量對其輸出性能的影響規(guī)律,結(jié)果表明:(1)激振力幅值隨激勵(lì)距離增大而減小、隨磁鐵厚度比增大而增大,存在最佳的磁鐵直徑比和磁鐵數(shù)量比使其幅值最大;(2)激振力波形和磁鐵直徑比/磁鐵數(shù)量比有關(guān);隨磁鐵數(shù)量比增大,激振力從半正弦波變?yōu)檎也?lì),繼而變?yōu)槠玫恼也?lì);(3)存在使振幅放大系數(shù)出現(xiàn)最大諧振峰的最佳磁鐵數(shù)量比,且最大諧振峰幅值隨阻尼比增大而減小、諧振峰數(shù)隨磁鐵數(shù)量比增大而減少;(4)存在多個(gè)使振幅放大系數(shù)出現(xiàn)諧振峰的最佳轉(zhuǎn)速,且最佳轉(zhuǎn)速隨等效剛度增大而增大、隨附加質(zhì)量增大而減小。3.為驗(yàn)證理論與仿真結(jié)果的正確性,制作了試驗(yàn)樣機(jī)并進(jìn)行了測試,獲得了激勵(lì)距離/附加質(zhì)量/磁鐵數(shù)量比/夾持間距/跨度比對輸出電壓的影響規(guī)律;在此基礎(chǔ)上研究了夾持間距/跨度比/負(fù)載電阻對輸出功率的影響規(guī)律,結(jié)果表明:(1)輸出電壓諧振峰幅值隨激勵(lì)距離/跨度比增大而減小、隨夾持間距增大而增大;(2)存在使輸出電壓出現(xiàn)最大諧振峰的最佳磁鐵數(shù)量比,且諧振峰數(shù)隨磁鐵數(shù)量比增大而減少;(3)存在多個(gè)使輸出電壓出現(xiàn)諧振峰的最佳轉(zhuǎn)速,且最佳轉(zhuǎn)速隨夾持間距/附加質(zhì)量增大而減小、隨跨度比增大而增大;(4)其它條件不變、轉(zhuǎn)速為234r·min~(-1)及負(fù)載為200KΩ時(shí),發(fā)電機(jī)輸出功率最大(約為10mW)。
【圖文】：

26,27]。圖1.1 基于齒輪撥動的壓電旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī) 圖1.2基于齒輪撥動的多振子壓電發(fā)電機(jī)Janphuang等人[26]于 2015年提出了如圖 1.1所示的齒輪撥動式壓電旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)。旋轉(zhuǎn)的齒輪撥動壓電振子彎曲變形，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；齒輪轉(zhuǎn)速為 3-19r/s時(shí)發(fā)電機(jī)平均輸出功率達(dá)幾十毫瓦，可為微功率電子產(chǎn)品提供能量。同年，Wei等人[19]提出了如圖 1.2 所示的齒輪撥動式多振子壓電發(fā)電機(jī)。該發(fā)電機(jī)利用齒輪撥動多個(gè)壓電振子發(fā)電，低頻激勵(lì)時(shí)可提高其發(fā)電帶寬，適于收集風(fēng)、潮汐及水

國內(nèi)外熱點(diǎn)[1-5]。其中，電磁式微小型發(fā)電機(jī)受線圈匝數(shù)限制、能量密度小，靜電發(fā)電機(jī)工藝較復(fù)雜、能量密度較低；與之相比，壓電發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、能量密度大及無電磁干擾等優(yōu)勢，其研究成果也逐步應(yīng)用于無線傳感器節(jié)點(diǎn)、無人值守監(jiān)測系統(tǒng)及微功率電子產(chǎn)品等領(lǐng)域[6-8]。到目前為止，現(xiàn)有的壓電發(fā)電技術(shù)可用于回收環(huán)境中的各種能量，如人體運(yùn)動能[9,10]、振動能[11,12]、流體能[13-15]及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動能[16-18]等。其中，壓電旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)的研究雖起步較晚但發(fā)展較快，新結(jié)構(gòu)/原理的發(fā)電機(jī)相繼出現(xiàn)，，主要包括撥動式[19]、撞擊式[20]、慣性式[21,22]及旋磁激勵(lì)式[23-25]等壓電旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)。每種發(fā)電機(jī)都有其自身特點(diǎn)和適用環(huán)境，現(xiàn)針對相關(guān)研究中各種壓電旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理及發(fā)電性能加以介紹，為進(jìn)一步研究提供啟發(fā)和借鑒。1.1 撥動式壓電旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)研究現(xiàn)狀撥動式壓電旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)主要是通過旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)（凸輪、葉輪或輪齒等）撥動壓電振子，使其彎曲變形產(chǎn)生電能[19,26,27]。
【學(xué)位授予單位】：浙江師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM31

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳中根;王慧;;有限元分析軟件在外伸梁的應(yīng)用分析[J];知識經(jīng)濟(jì);2010年24期

2 曾真;王為國;;帶外伸梁的攪拌軸臨界轉(zhuǎn)速的簡單計(jì)算方法[J];醫(yī)藥工程設(shè)計(jì);2009年01期

3 姚河清,丁坤,劉榴,趙建國;集裝箱吊車外伸梁專用焊接設(shè)備的研制[J];電焊機(jī);2004年07期

4 閆五柱;張嘉振;周振功;;外伸梁彎曲法確定薄膜界面力學(xué)性能[J];強(qiáng)度與環(huán)境;2013年05期

5 李曉陵;雙支座外伸梁最佳支承位置[J];包鋼科技;1994年02期

6 羅高作,劉明虹;外伸梁屈曲方程及機(jī)械工程應(yīng)用[J];機(jī)床與液壓;2003年01期

7 杜新;;結(jié)合解析法提高疊加法求彎曲變形的教學(xué)效果[J];教育教學(xué)論壇;2012年08期

8 姜新佩,丁聲榮,焦峰華,鄧子辰;碳纖維布加固鋼筋混凝土外伸梁的應(yīng)用[J];河北建筑科技學(xué)院學(xué)報(bào);2005年03期

9 唐才均;羅茜;;鋼筋混凝土平法看圖鋼筋構(gòu)造與下料入門(續(xù)62) 第十二章 11G101新版圖集簡介[J];建筑工人;2013年12期

10 謝承利;黃寧;肖學(xué)雙;;雙軸對稱工字形截面懸臂外伸梁整體穩(wěn)定性研究[J];四川建筑;2011年05期

相關(guān)會議論文 前1條

1 王其申;王大鈞;吳磊;劉全金;章禮華;;多跨梁離散系統(tǒng)剛度矩陣的符號振蕩性及外伸梁的定性性質(zhì)[A];第八屆全國動力學(xué)與控制學(xué)術(shù)會議論文集[C];2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 文歡;磁夾外伸梁調(diào)頻的壓電旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)研究[D];浙江師范大學(xué);2019年

2 謝承利;雙軸對稱工字形截面懸臂外伸梁整體穩(wěn)定性研究[D];長沙理工大學(xué);2010年

本文編號：2593498