為提高單頻壓電振動(dòng)俘能器的能量轉(zhuǎn)換效率和工作頻帶,結(jié)合壓電和電磁能量轉(zhuǎn)換機(jī)制,提出了一種新的混合俘能器系統(tǒng)。該系統(tǒng)由PZT懸臂梁、彈性懸掛磁鐵塊、粘附于懸臂梁末端磁鐵塊及諧振器等組成,引入諧振器及磁鐵可實(shí)現(xiàn)增加系統(tǒng)模態(tài)數(shù)量和非線性�；诖嘶旌险駝�(dòng)俘能器建立了改進(jìn)型連續(xù)體機(jī)電耦合解析模型,并由龍格-庫(kù)塔算法進(jìn)行了求解。在此基礎(chǔ)上,研制了振動(dòng)俘能器原理樣機(jī),并搭建了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),通過(guò)實(shí)驗(yàn)和解析評(píng)估方法完成了單一式和復(fù)合式俘能器性能比對(duì)和評(píng)估;研究表明,所研究的混合型振動(dòng)俘能器相對(duì)常規(guī)振動(dòng)能量俘集原理可實(shí)現(xiàn)較寬的頻率范圍及多模態(tài)振動(dòng)能量俘集,且能量俘集效率明顯提高,具有較好的應(yīng)用前景。

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圖1混合俘能器(BMPEH)的結(jié)構(gòu)示意圖

所提出的改進(jìn)型混合式振動(dòng)俘能器如圖1所示,該系統(tǒng)包括PZT懸臂梁、通過(guò)彈簧懸掛于末端的磁鐵塊、粘附于懸臂梁末端的磁鐵塊以及諧振器。當(dāng)裝置隨著基礎(chǔ)振動(dòng)時(shí),附有PZT的梁通過(guò)壓電效應(yīng)來(lái)收獲能量,而銅線圈通過(guò)切割振蕩的磁感線來(lái)收集能量,粘附在末端的磁鐵塊受到非線性磁力的作用,諧振器增加....

圖2BMPEH在平移激勵(lì)下的運(yùn)動(dòng)模型

Erturk等建立了壓電片懸臂梁的數(shù)學(xué)模型,但在懸臂梁上附加諧振器、磁力激振器、引入電磁效應(yīng)后其機(jī)電耦合連續(xù)體模型及其相關(guān)特性還需進(jìn)一步研究。圖1所示的系統(tǒng)可以表示為機(jī)電耦合連續(xù)體模型,裝置在基礎(chǔ)激勵(lì)下的運(yùn)動(dòng)如圖2所示。圖2(a)中,xa為諧振器1與懸臂梁連接處到懸臂梁固定端的水....

圖3矩形磁鐵間結(jié)合尺寸示意圖

由于振動(dòng)位移wrel與(xl)與磁鐵間距d相比一般很小,因此磁力F可以近似為兩個(gè)矩形磁鐵之間時(shí)的排斥力。矩形磁鐵的幾何尺寸如圖3所示。磁力F具體表達(dá)式為

圖4軸向磁力隨振動(dòng)位移變化

f′r=fr1-ft/Fb?????????(9)其中,fr是懸臂梁在沒(méi)有軸向力作用下的共振頻率,f′r懸臂梁在在有軸向磁力ft作用下的共振頻率,Fb是臨界壓力。懸臂梁的臨界壓力為0.949N,從下式可以得到

本文編號(hào)：3918202