隨著經(jīng)濟的發(fā)展,人們對傳統(tǒng)能源的需求不斷增加,而傳統(tǒng)能源的過度使用也加劇了全球氣候變暖和環(huán)境污染等問題。同時,微機電系統(tǒng)由于科技的進步在智能化和集成化的方向上也得到了快速的發(fā)展,其所消耗的電能也在不斷的降低。但是,當前電子器件主要通過化學電池進行供能,其存在著不易維護、使用壽命有限、污染環(huán)境等不足。因此,發(fā)展可再生和可持續(xù)能源越來越受到人們的重視。為解決能源問題,通過收集環(huán)境中的機械能轉(zhuǎn)化為電能作為一種新的、有效的能量轉(zhuǎn)換方式已經(jīng)引起了研究者的廣泛關注。所以,本文以生活中常見的旋轉(zhuǎn)機械能為研究對象,同時為了實現(xiàn)更多機械能量的俘獲,開展了基于旋轉(zhuǎn)運動的壓電-電磁-摩擦復合俘能器研究。首先,從俘能原理上闡述了壓電俘能、電磁俘能和摩擦俘能三種俘能方式,其分別通過正壓電效應、法拉第電磁感應和摩擦起電與靜電感應耦合實現(xiàn)俘能,并通過建立理論模型對各部分俘能器的俘能機理進行詳細的闡述。利用COMSOL Multiphysics5.2多物理場仿真軟件對復合俘能器中不同俘能單元開展了仿真分析,仿真分析了壓電懸臂梁在磁鐵作用力下的受力情況,電磁線圈中的磁通量變化以及摩擦層之間在不同分離距離時的摩擦俘能的電... 

【文章來源】：長春工業(yè)大學吉林省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

俘能器樣機及安裝示意圖[23]

第1章緒論3并獲得最優(yōu)變形，從而增強了機械/電能轉(zhuǎn)換，在200r/min的旋轉(zhuǎn)速度下，輸出功率可達613μW[25]。2016年，項盛榮把PVDF嵌入到輪胎里，利用正壓電效應將汽車旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�，實驗驗證可得此俘能裝置能夠有效利用旋轉(zhuǎn)機械能，具有較好的經(jīng)濟價值[26]。圖1.2旋轉(zhuǎn)壓電風能俘能器樣機圖[25]基于旋轉(zhuǎn)運動，利用壓電懸臂梁進行能量收集成為研究熱點。2013年，加拿大的KhameneifarF等人基于懸臂梁的振動提出了一種用于旋轉(zhuǎn)運動的壓電俘能器，如圖1.3所示。在旋轉(zhuǎn)運動中，利用壓電懸臂梁末端的質(zhì)量塊的重力使壓電梁產(chǎn)生機械振動，從而能夠?qū)崿F(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換。通過詳細闡述壓電俘能器的結(jié)構、工作原理以及發(fā)電裝置結(jié)構的動力學分析，制作了壓電俘能器樣機，并通過實驗驗證了其輸出性能。實驗結(jié)果表明，在旋轉(zhuǎn)速度為138rad/s的情況下，能夠為特定的無線傳感器提供電能[27]。圖1.3壓電俘能器結(jié)構模型與實驗裝置示意圖[27]

第1章緒論3并獲得最優(yōu)變形，從而增強了機械/電能轉(zhuǎn)換，在200r/min的旋轉(zhuǎn)速度下，輸出功率可達613μW[25]。2016年，項盛榮把PVDF嵌入到輪胎里，利用正壓電效應將汽車旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�，實驗驗證可得此俘能裝置能夠有效利用旋轉(zhuǎn)機械能，具有較好的經(jīng)濟價值[26]。圖1.2旋轉(zhuǎn)壓電風能俘能器樣機圖[25]基于旋轉(zhuǎn)運動，利用壓電懸臂梁進行能量收集成為研究熱點。2013年，加拿大的KhameneifarF等人基于懸臂梁的振動提出了一種用于旋轉(zhuǎn)運動的壓電俘能器，如圖1.3所示。在旋轉(zhuǎn)運動中，利用壓電懸臂梁末端的質(zhì)量塊的重力使壓電梁產(chǎn)生機械振動，從而能夠?qū)崿F(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換。通過詳細闡述壓電俘能器的結(jié)構、工作原理以及發(fā)電裝置結(jié)構的動力學分析，制作了壓電俘能器樣機，并通過實驗驗證了其輸出性能。實驗結(jié)果表明，在旋轉(zhuǎn)速度為138rad/s的情況下，能夠為特定的無線傳感器提供電能[27]。圖1.3壓電俘能器結(jié)構模型與實驗裝置示意圖[27]

【參考文獻】：
期刊論文
[1]自調(diào)諧寬帶旋轉(zhuǎn)壓電能量收集器關鍵參數(shù)分析[J]. 芮小博,李一博,曾周末.  儀器儀表學報. 2019(07)
[2]摩擦納米發(fā)電機在自驅(qū)動微系統(tǒng)研究中的現(xiàn)狀與展望[J]. 張弛,付賢鵬,王中林.  機械工程學報. 2019(07)
[3]自供能傳感器能量采集技術的研究現(xiàn)狀[J]. 杜小振,張龍波,于紅,曾慶良.  微納電子技術. 2018(04)
[4]基于Comsol的井下瞬變電磁傳感器建模與仿真[J]. 杜娜,楊玲,張雄,王宇,陳嬌.  電子測試. 2017(18)
[5]基于PVDF壓電膜的輪胎壓力發(fā)電系統(tǒng)設計[J]. 項盛榮.  蘭州工業(yè)學院學報. 2016(05)

碩士論文
[1]基于摩擦納米發(fā)電機的汽車能量收集與自驅(qū)動車載傳感器的研究[D]. 郭桐.鄭州大學 2018
[2]基于壓電式環(huán)境能量采集技術研究[D]. 徐國建.南京信息工程大學 2017
[3]電磁式振動能量收集裝置研究[D]. 王滿州.浙江工業(yè)大學 2017
[4]寬帶旋轉(zhuǎn)運動非線性壓電俘能理論與實驗研究[D]. 郭彬.國防科學技術大學 2014



本文編號：3424692