為了滿足海上無線傳感網(wǎng)節(jié)點能量需求,提出了一種可收集波浪能的旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電裝置。該裝置不僅能夠獲取低頻率環(huán)境中的能量,而且具有可調(diào)頻特性。本文介紹了利用旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電機的壓電波浪能結(jié)構(gòu),建立了旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電機的數(shù)學模型,探討了可調(diào)頻機理,最后,基于旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電機數(shù)學模型建立了波能裝置的整體模型,進行了分析,主要內(nèi)容如下:提出了一種利用旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電機的點吸收式壓電波浪能裝置,該裝置由三大部件組成,即一級換能部件、中間轉(zhuǎn)換部件和二級換能部件。一級換能部件將波浪能轉(zhuǎn)換成直線形式的機械能裝置,主要結(jié)構(gòu)包括有阻尼板、浮漂以及平衡彈簧組成。中間轉(zhuǎn)換部件將直線形式的機械能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)形式的機械能,主要結(jié)構(gòu)包括齒輪、齒條。二級換能部件為非接觸旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電機。對旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電機進行建模與分析,搭建相關(guān)的實驗平臺,對旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電機的性能進一步驗證。研究表明,發(fā)電機最佳轉(zhuǎn)動頻率乘以驅(qū)動輪陣列永磁鐵個數(shù)等于壓電雙晶梁一階固有頻率。驅(qū)動輪半徑的增加,壓電雙晶梁峰值輸出電壓不斷降低。驅(qū)動輪與雙晶梁間距越大,雙晶梁的輸出電壓越低。陣列不同固有頻率的壓電懸臂梁,能夠增加發(fā)電機頻帶寬度。針對發(fā)電機的調(diào)頻機理建立數(shù)學模型,搭建實驗平臺進行驗證。研究結(jié)果顯示,調(diào)頻磁鐵旋轉(zhuǎn)從0-π弧度的范圍內(nèi),在發(fā)電機(陣列一個壓電懸臂梁)輸出功率超過2.8 mW條件下,可調(diào)頻發(fā)電機的轉(zhuǎn)動頻率范圍是未調(diào)頻的3.4倍�；谖⒎ɡ碚摵透呒夁吔缭碚摻⒘艘患壞芰哭D(zhuǎn)換裝置的水動力學模型,聯(lián)合中間轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電機結(jié)構(gòu)的數(shù)學模型,建立了發(fā)電裝置的多場耦合方程。優(yōu)化分析結(jié)果顯示,阻尼板最優(yōu)長度0.46 m和平衡彈簧最優(yōu)剛度434 N/m。本文的研究為海洋無線傳感網(wǎng)節(jié)點的能量供給提供了一個新的思路。
【學位單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TM612;P743.2
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題背景及意義
    1.2 海洋波浪能研究現(xiàn)狀
        1.2.1 波浪能一級轉(zhuǎn)換
        1.2.2 中間轉(zhuǎn)換裝置類型
        1.2.3 波浪能二級轉(zhuǎn)換類型
    1.3 本文的主要工作
2 壓電波浪能裝置結(jié)構(gòu)與工作原理
    2.1 微幅波基本理論
    2.2 壓電發(fā)電基本理論
    2.3 壓電波浪能發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)
        2.3.1 一級轉(zhuǎn)換裝置
        2.3.2 中間轉(zhuǎn)換裝置
        2.3.3 二級轉(zhuǎn)換裝置
    2.4 壓電波浪能發(fā)電裝置工作原理
    2.5 本章小結(jié)
3 旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電機建模與分析
    3.1 發(fā)電機理論建模
        3.1.1 永磁作用力
        3.1.2 旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電機數(shù)學模型
    3.2 發(fā)電機數(shù)學模型分析
        3.2.1 轉(zhuǎn)動頻率
        3.2.2 驅(qū)動輪半徑對換能效果的影響
        3.2.3 驅(qū)動輪與壓電雙晶梁間距對發(fā)電機性能的影響
    3.3 實驗測試
        3.3.1 轉(zhuǎn)動頻率
        3.3.2 驅(qū)動輪與雙晶梁間距對換能效果的影響
        3.3.3 驅(qū)動輪陣列永磁鐵數(shù)對換能效果的影響
        3.3.4 發(fā)電機轉(zhuǎn)動頻率范圍
    3.4 本章小結(jié)
4 旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電機可調(diào)頻特性
    4.1 可調(diào)頻共振調(diào)頻技術(shù)研究現(xiàn)狀
        4.1.1 機械調(diào)頻法
        4.1.2 永磁剛度法
        4.1.3 壓電法
    4.2 理論分析
        4.2.1 永磁作用力
        4.2.2 壓電梁的共振頻率
    4.3 實驗測試
        4.3.1 振幅
        4.3.2 調(diào)頻永磁鐵轉(zhuǎn)動角度與壓電雙晶梁共振響應(yīng)頻率的關(guān)系
        4.3.3 阻尼力
        4.3.4 發(fā)電機工作帶寬
    4.4 本章小結(jié)
5 壓電波浪能裝置整體建模與分析
    5.1 壓電波浪能裝置數(shù)學模型
        5.1.1 一級波浪能裝置的水動力學模型
        5.1.2 中間轉(zhuǎn)換裝置數(shù)學模型
        5.1.3 壓電波浪能裝置數(shù)學模型
    5.2 WAFDUT1.4 軟件
        5.2.1 軟件簡介
        5.2.2 格林公式
    5.3 數(shù)值分析結(jié)果
        5.3.1 浮漂體和阻尼板位移
        5.3.2 壓電懸臂梁位移
        5.3.3 平衡彈簧剛度
        5.3.4 阻尼板尺寸
    5.4 壓電波浪能裝置優(yōu)化設(shè)計
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文及專利情況
致謝

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 晏美青;;海洋波浪能“解鎖”發(fā)電新姿勢[J];中國高新科技;2019年21期

2 ;大海的怒吼——海洋波浪能[J];軍事文摘;2019年24期

3 秦洪花;譚思明;趙霞;張卓群;朱延雄;孫琴;;海洋波浪能國際專利分析[J];圖書情報研究;2012年04期

4 譚思明;秦洪花;趙霞;張卓群;朱延雄;舒飛濤;;海洋波浪能領(lǐng)域國際專利競爭態(tài)勢分析[J];現(xiàn)代情報;2011年09期

5 秦洪花;趙霞;張卓群;朱延雄;孫琴;;我國海洋波浪能領(lǐng)域?qū)＠偁帒B(tài)勢分析[J];現(xiàn)代情報;2011年09期

6 秦洪花;譚思明;趙霞;張卓群;;海洋波浪能中國專利分析[J];圖書情報研究;2011年04期

7 余志;;波動理論在海洋波浪能利用中的應(yīng)用[J];自然雜志;1987年10期

8 田兵;;利用海洋波浪能源回收鈾[J];國際科技交流;1988年12期

9 李春榮;;日本研究開發(fā)新式海水輸送裝置[J];現(xiàn)代漁業(yè)信息;1989年08期

10 高祥帆;海洋波浪能利用方面的流體動力學討論會將在里斯本召開[J];海洋科學;1985年02期

相關(guān)碩士學位論文 前5條

1 韓冰峰;可收集海洋波浪能的旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電機建模與特性分析[D];大連理工大學;2019年

2 鄭杰;浮子式海洋波浪能轉(zhuǎn)換裝置設(shè)計試驗研究[D];中國石油大學(華東);2017年

3 王知豫;基于無線網(wǎng)絡(luò)的海洋波浪能監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[D];上海海洋大學;2014年

4 翁杰;海洋監(jiān)測浮標裝置中電子與通訊系統(tǒng)研制[D];杭州電子科技大學;2010年

5 雷道濤;輪機式浪流發(fā)電裝置的設(shè)計與數(shù)值模擬研究[D];上海海洋大學;2014年

本文編號：2847589