本文關(guān)鍵詞：振動發(fā)電與壓電發(fā)電混合式能量捕獲裝置的研究

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【摘要】：無線傳感器因?yàn)榫邆潴w積小、能耗低、并且可以在特殊或危險(xiǎn)的環(huán)境使用等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域,比如橋梁監(jiān)控、醫(yī)學(xué)治療等,但是傳統(tǒng)的蓄電池儲存電能有限,導(dǎo)致供應(yīng)一段時(shí)間必須進(jìn)行更換,不僅浪費(fèi)了資源,還出現(xiàn)環(huán)境污染的問題。因此,收集環(huán)境中普遍存在的振動能,經(jīng)過轉(zhuǎn)換變成電能來解決無線傳感器的供電問題成為行之有效的方案。目前,常用的振動能量捕獲裝置根據(jù)發(fā)電原理不同分為電磁式和壓電式。本文在振動發(fā)電研究的基礎(chǔ)上,提出一種新型的電磁-壓電混合式振動能量捕獲裝置,有效的提高了輸出功率。并從理論、仿真和實(shí)驗(yàn)三個角度進(jìn)行了分析研究。本文首先介紹了混合式能量捕獲裝置中電磁部分和壓電部分的模型設(shè)計(jì)過程。對電磁式能量捕獲裝置的基本原理、永磁的有限元分析、感應(yīng)電動勢的計(jì)算和永磁體之間磁力計(jì)算進(jìn)行了理論分析;同時(shí),提出壓電材料和壓電懸臂梁的一些理論知識,并且對壓電懸臂梁進(jìn)行有限元方法分析,對其固有頻率進(jìn)行計(jì)算。在此基礎(chǔ)上,提出混合式能量捕獲裝置的數(shù)學(xué)模型,并且通過傳統(tǒng)的彈簧-質(zhì)量-阻尼系統(tǒng)模型對混合式能量捕獲裝置進(jìn)行阻尼分析;然后通過有限元仿真軟件對混合式能量捕獲裝置各部分進(jìn)行仿真計(jì)算,最終得到電壓和功率的輸出情況;最后搭建實(shí)驗(yàn)平臺,首先對獨(dú)立的電磁能量捕獲裝置和獨(dú)立的壓電能量捕獲裝置進(jìn)行能量輸出的測試,其次對混合式能量捕獲裝置的綜合能量輸出進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。分析結(jié)果得出結(jié)論,混合式能量捕獲裝置中各部分的輸出電壓和功率都比耦合前獨(dú)立的能量捕獲裝置有所減少,這是因?yàn)轳詈嫌绊懥四芰康妮敵?但是經(jīng)過混合后的總輸出電壓和功率是提高的,有效的提高了能量轉(zhuǎn)換效率。
【關(guān)鍵詞】：電磁 壓電 能量捕獲 有限元
【學(xué)位授予單位】：河北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM619
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 引言9-10
• 1.2 振動發(fā)電和壓電發(fā)電能量捕獲裝置的發(fā)展現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 振動能量捕獲裝置的分類10
• 1.2.2 國內(nèi)外研究10-16
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容16-17
• 第二章 電磁式能量捕獲裝置的模型設(shè)計(jì)與分析17-25
• 2.1 電磁感應(yīng)定律17-18
• 2.2 永磁式能量捕獲裝置的數(shù)學(xué)模型的設(shè)計(jì)與分析18-23
• 2.2.1 電動勢的計(jì)算18-19
• 2.2.2 永磁磁場的有限元分析19-21
• 2.2.3 用解析法計(jì)算永磁體之間磁力21-23
• 2.3 本章小結(jié)23-25
• 第三章 壓電式能量捕獲裝置的模型設(shè)計(jì)與分析25-31
• 3.1 壓電材料與正壓電效應(yīng)25-27
• 3.1.1 壓電材料25
• 3.1.2 正壓電效應(yīng)25-27
• 3.2 懸臂梁壓電振子的數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)與分析27-30
• 3.2.1 懸臂梁壓電振子的有限元分析27-28
• 3.2.2 壓電振子的耦合方式28
• 3.2.3 懸臂梁壓電振子的振動頻率28-30
• 3.3 本章小結(jié)30-31
• 第四章 電磁-壓電混合式能量捕獲裝置數(shù)學(xué)模型的建立與仿真31-49
• 4.1 混合式振動能量捕獲裝置的結(jié)構(gòu)31-32
• 4.2 混合式振動能量捕獲裝置數(shù)學(xué)模型的建立32-37
• 4.2.1 混合式振動能量捕獲裝置的傳統(tǒng)等效模型32-35
• 4.2.2 混合式能量捕獲裝置的輸出功率35-37
• 4.3 混合式能量捕獲裝置的仿真分析37-48
• 4.3.1 單一電磁式能量捕獲裝置的有限元仿真分析38-42
• 4.3.2 單一壓電式能量捕獲裝置的有限元仿真分析42-46
• 4.3.3 混合能量捕獲裝置的有限元瞬態(tài)分析46-48
• 4.4 本章小結(jié)48-49
• 第五章 混合式能量捕獲裝置的實(shí)驗(yàn)研究49-55
• 5.1 混合式能量捕獲裝置的輸出電壓的研究49-51
• 5.1.1 單一電磁能量捕獲裝置的電壓輸出49-50
• 5.1.2 單一壓電能量捕獲裝置的電壓輸出50
• 5.1.3 混合式能量捕獲裝置的電壓輸出50-51
• 5.2 混合式能量捕獲裝置的輸出功率的研究51-54
• 5.2.1 單一電磁能量捕獲裝置的功率輸出51-52
• 5.2.2 單一壓電能量捕獲裝置的功率輸出52
• 5.2.3 混合式能量捕獲裝置的功率輸出52-54
• 5.3 本章小結(jié)54-55
• 第六章 結(jié)論55-57
• 參考文獻(xiàn)57-61
• 攻讀學(xué)位期間所取得的相關(guān)科研成果61-63
• 致謝63

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：926037