【摘要】：能源是人類社會發(fā)展的動力,而能源短缺是人類面臨的一大發(fā)展難題。若能把環(huán)境能量收集起來并加以利用,那么可以在一定程度上解決人類對常規(guī)能源的依賴程度,為此能量回收技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。能量回收技術(shù)是無線系統(tǒng),自供能系統(tǒng)以及便攜式電子設(shè)備朝向微型化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。相比較各類回收技術(shù),如太陽能、潮汐、風(fēng)能、電磁等,振動能量回收技術(shù)具有能量密度大、輸出功率高、設(shè)備制造成本低廉且易于集成化等優(yōu)點(diǎn),迅速成為研究熱點(diǎn)。本文基于懸臂梁式結(jié)構(gòu),以PZT為能量轉(zhuǎn)換材料,分別研究了線性壓電系統(tǒng)發(fā)電特性、雙穩(wěn)態(tài)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電特性以及能量回收電路,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。主要研究內(nèi)容和所得結(jié)論如下:(1)以線性懸臂梁發(fā)電系統(tǒng)為研究對象,建立線性懸臂梁能量采集器的理論模型。線性懸臂梁能量采集器分為單晶和雙晶結(jié)構(gòu),其中由于單晶懸臂梁結(jié)構(gòu)不對稱致使中性層位置不在截面幾何中心處,在建模過程中,主要針對單晶機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模,再在單晶的基礎(chǔ)上建立雙晶的模型。模型建立后,對線性懸臂梁進(jìn)行了仿真分析。(2)以雙穩(wěn)態(tài)懸臂梁發(fā)電心態(tài)為研究對象,雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)是一種非線性系統(tǒng),與線性系統(tǒng)相比較最大的優(yōu)勢是它具有低頻共振帶寬更寬,這克服了線性系統(tǒng)帶寬窄的缺陷。本文從雙穩(wěn)態(tài)動力學(xué)分析入手,先建立兩磁鐵間磁力模型,以此為基礎(chǔ)建立雙穩(wěn)態(tài)模型,并進(jìn)行了求解,研究了影響雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的因素。(3)針對雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng),搭建了實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺,用實(shí)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論模型與仿真結(jié)果,并分析產(chǎn)生理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異性的原因。(4)推導(dǎo)了標(biāo)準(zhǔn)能量收集電路、同步電荷提取電路、并聯(lián)同步開關(guān)電感電路和串聯(lián)同步開關(guān)電感電路四種經(jīng)典接口電路的回收功率,分析了這些電路的最大輸出功率與最佳負(fù)載匹配,并進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,同時用Multisim對其進(jìn)行了仿真分析。
【圖文】：

集器構(gòu)型的不同大致分為以下幾種：沖擊能量轉(zhuǎn)化為電能的俘能器本研究人員設(shè)計了一種俘能器，，該俘能器是在一，使一個球體從高處自由落下撞擊該俘能器，從能[15]。1998 年 Funasaka[16]等人用新材料 LiNbO集器。類型的采集器沒有再繼續(xù)的被研究下去，大多數(shù)關(guān)文獻(xiàn)上看，也沒能給出采集器詳盡的外形和性，很難應(yīng)用在 MEMS 技術(shù)上，對于今天微型化的。運(yùn)動能量轉(zhuǎn)化為電能的俘能器的 Joe Paradiso 等人發(fā)明了一種可以將人在行進(jìn)[17-18]，如圖 1-1 所示，這是一種置于鞋子底部的陶瓷與聚偏氟乙烯膜，放于鞋底的前后兩部分。彈簧鋼結(jié)構(gòu)，而聚偏氟乙烯膜置于腳尖處并加有

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文果中看，當(dāng)人行進(jìn)時，該俘能器各部分都有電能產(chǎn)生，別為 1.3mW 和 8.3mW。輸出電能功率比較高，發(fā)出的上的一些電子產(chǎn)品，不過其只能用于人體活動的時候，限制。自由振動能量轉(zhuǎn)化為電能的膜片構(gòu)型俘能器 的 H.W.Kim 等人一直從事著基于壓電原理采集振動能該研究團(tuán)隊(duì)制作的 Cymbal 俘能器是具有代表性的膜片圖 1-2 所示。Cymbal 俘能器由兩部分組成，分別為壓電帽，這樣可提高應(yīng)變片的強(qiáng)度和整個結(jié)構(gòu)的可靠程度�？梢暂敵鲭娔芄β蕿� 39mW，其能量密度也可達(dá) 60mW
【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】：2018
【分類號】：TM619

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王海;邱皖群;周璇;付邦晨;;多質(zhì)量塊寬頻壓電能量收集器[J];壓電與聲光;2015年06期

2 王光慶;劉創(chuàng);張偉;廖維新;;懸臂梁式壓電雙晶片振動能量采集器的模型與實(shí)驗(yàn)研究[J];傳感技術(shù)學(xué)報;2015年06期

3 李海濤;秦衛(wèi)陽;;寬頻隨機(jī)激勵下非線性壓電能量采集器的相干共振[J];物理學(xué)報;2014年12期

4 王光慶;鮑鵬;陸躍明;;復(fù)合L形寬頻壓電懸臂梁的建模與仿真[J];中國機(jī)械工程;2013年14期

5 邱清泉;肖立業(yè);辛守喬;黃天斌;朱志芹;張國民;;微型振動式壓電發(fā)電機(jī)的設(shè)計與特性分析[J];電機(jī)與控制學(xué)報;2011年07期

6 劉輝;韓樹人;何鵬舉;祖一康;周賢娟;;壓電懸臂梁采收振動能發(fā)電能力分析與仿真[J];礦山機(jī)械;2011年03期

7 于慧慧;溫志渝;溫中泉;賀學(xué)鋒;;寬頻帶微型壓電式振動發(fā)電機(jī)的設(shè)計[J];傳感技術(shù)學(xué)報;2010年05期

8 程光明;龐建志;唐可洪;楊志剛;曾平;闞君武;;壓電陶瓷發(fā)電能力測試系統(tǒng)的研制[J];吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版);2007年02期

9 方科;李欣欣;楊志剛;程光明;闞君武;;壓電式能量獲取裝置的研究現(xiàn)狀[J];傳感器與微系統(tǒng);2006年10期

10 馬祖長,孫怡寧,梅濤;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜述[J];通信學(xué)報;2004年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前6條

1 毛新華;雙穩(wěn)態(tài)壓電振動發(fā)電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華北電力大學(xué)(北京);2016年

2 侯志偉;蒲公英狀多方向?qū)掝l帶壓電振動能量采集研究[D];南京航空航天大學(xué);2013年

3 孫舒;雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁發(fā)電系統(tǒng)的動力學(xué)特性研究[D];天津大學(xué);2013年

4 唐剛;基于壓電厚膜的MEMS振動能量采集器研究[D];上海交通大學(xué);2013年

5 朱莉婭;壓電多方向振動能量收集結(jié)構(gòu)及其充電控制方法研究[D];南京航空航天大學(xué);2012年

6 劉祥建;多方向壓電振動能量收集方法及性能優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 鄭穎;壓電振動能量回收接口電路的設(shè)計與實(shí)驗(yàn)[D];燕山大學(xué);2016年

2 楊帆;基于同步開關(guān)電感技術(shù)的能量回收電路研究[D];大連理工大學(xué);2016年

3 劉小亞;采用旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的非線性寬頻振動能量采集器[D];西華師范大學(xué);2016年

4 岳國強(qiáng);懸臂梁式壓電俘能器俘能性能的仿真與實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

5 盧有為;復(fù)合型懸臂梁壓電俘能器理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

6 李彬;基于壓電材料的多方向振動能量收集系統(tǒng)的研究[D];南京航空航天大學(xué);2009年

本文編號：2602548