【摘要】：近年來，電子、通訊等產(chǎn)品在向便攜式、無線化發(fā)展方面有了長足的進展，各種短小輕薄的電子產(chǎn)品紛紛出現(xiàn)，但是滯后的微能源技術(shù)阻礙了各種高性能元器件的發(fā)展，因此對能量密度高、體積小、重量輕的微能源需求非常迫切。振動能是周圍環(huán)境中普遍存在的能量，將振動能轉(zhuǎn)換為電能的微型振動發(fā)電機已引起人們的廣泛關(guān)注。為了使發(fā)電裝置具有更好的輸出性能，研究人員提出很多優(yōu)化方法，包括優(yōu)化電路、優(yōu)化機械結(jié)構(gòu)參數(shù)等。由于電磁式和壓電式發(fā)電裝置的機電耦合系數(shù)都較高，而且不需要外接電源，于是有研究人員考慮到將這兩種裝置耦合起來，制備成壓電-電磁復(fù)合俘能器。 本文提出了一種新的壓電-電磁復(fù)合俘能結(jié)構(gòu)，并從數(shù)值分析，仿真分析和實驗研究等方面對其進行分析研究。研究結(jié)果如下： 首先，，建立了壓電電磁復(fù)合俘能系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，分別得到單一壓電，單一電磁以及壓電-電磁復(fù)合俘能系統(tǒng)的輸出功率表達式。使用MATLAB軟件對其進行數(shù)值分析，考慮了負載電阻和結(jié)構(gòu)參數(shù)對俘能系統(tǒng)輸出功率的影響。數(shù)值分析結(jié)果表明，單一俘能系統(tǒng)存在最優(yōu)負載電阻，可以通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)來改善俘能系統(tǒng)的功率輸出。復(fù)合俘能系統(tǒng)的輸出功率比單一俘能系統(tǒng)的輸出功率高，并且頻帶也拓寬了。 其次，使用ANSYS和Maxwell軟件分別研究在不同負載電阻和結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下，單一壓電俘能系統(tǒng)，單一電磁俘能系統(tǒng)以及壓電-電磁復(fù)合俘能系統(tǒng)的功率輸出。仿真結(jié)果表明，俘能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和負載電阻對其輸出功率均有較大影響，壓電-電磁復(fù)合俘能系統(tǒng)的輸出功率比單一壓電，單一電磁俘能系統(tǒng)的輸出功率都高，且有寬頻效果。 最后，本文搭建了壓電電磁復(fù)合俘能裝置的實驗系統(tǒng)，并對其進行實驗研究。進行單一俘能系統(tǒng)實驗研究時，考慮了負載電阻，磁鐵間距離以及加速度等因素對輸出功率的影響。然后在最優(yōu)外接負載下，進行壓電電磁復(fù)合俘能系統(tǒng)的實驗研究。實驗結(jié)果表明，復(fù)合俘能裝置在18-30Hz頻率范圍的輸出功率均較理想。將其與數(shù)值分析和仿真分析結(jié)果進行對比可知，三者誤差較小，驗證了分析的正確性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM619


本文編號：2578817