介電彈性體發(fā)電機(jī)機(jī)電轉(zhuǎn)換效率研究.pdf

1、介電彈性體發(fā)電機(jī)是一種由新型功能材料構(gòu)成的發(fā)電機(jī)，適用于小量級、微機(jī)電系統(tǒng)等場合。在實(shí)際研究過程中，由于介電彈性體發(fā)電機(jī)受到許多因素影響，如介電彈性體材料內(nèi)阻損耗、柔性電極損耗、機(jī)械損耗、發(fā)電循環(huán)方式等，降低了機(jī)電轉(zhuǎn)換效率。
　　基于介電彈性體發(fā)電機(jī)機(jī)電轉(zhuǎn)換原理和基本發(fā)電循環(huán)方法，采用絕對能量收集、相對能量收集和能量轉(zhuǎn)換效率評估公式等三個(gè)維度評估發(fā)電效率，進(jìn)而展開效率影響因素研究，并利用循環(huán)組合優(yōu)化方法、非線性機(jī)電轉(zhuǎn)換方法進(jìn)行優(yōu)化

2、。通過能量計(jì)算分析發(fā)電循環(huán)各階段的能量收集和存在的電損耗、機(jī)械損耗，發(fā)現(xiàn)介電彈性體發(fā)電機(jī)機(jī)電轉(zhuǎn)換效率與介電彈性體材料內(nèi)阻損耗、柔性電極損耗、機(jī)械損耗直接相關(guān)。
　　針對三種循環(huán)方式的不同特點(diǎn)，采用恒電場和恒電荷的組合方式，分析組合循環(huán)的切換點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)最佳能量轉(zhuǎn)換循環(huán)，減少能量損耗。建立介電彈性體發(fā)電機(jī)模型，運(yùn)用MATLAB/Simulink軟件仿真研究表明：拉伸力和電容隨拉伸比率呈正比例線性變化，影響機(jī)電轉(zhuǎn)換效率；選擇恒電荷循環(huán)可實(shí)

3、現(xiàn)最小的損耗，選擇恒電場循環(huán)可實(shí)現(xiàn)最大的絕對收集能量；選擇恒電荷和恒電場循環(huán)組合方式，以Δt(t3,t'3)/T=0.15為循環(huán)切換點(diǎn)，與恒電場循環(huán)方式下的發(fā)電效率相比提高了近2倍。
　　研究介電彈性體發(fā)電機(jī)傳統(tǒng)機(jī)電轉(zhuǎn)換方法和非線性機(jī)電轉(zhuǎn)換方法，建立理論模型并利用MATLAB/simulink軟件仿真研究介電彈性體發(fā)電機(jī)兩端輸出電壓和功率的變化趨勢，并計(jì)算其轉(zhuǎn)換的電能。仿真研究表明：在相同條件下，與傳統(tǒng)機(jī)電轉(zhuǎn)換方法相比，采用非線性

4、機(jī)電轉(zhuǎn)換方法，介電彈性體發(fā)電機(jī)兩端電壓的振幅明顯提高，功率和電能增加了3.41倍。
　　搭建介電彈性體發(fā)電機(jī)發(fā)電實(shí)驗(yàn)臺(tái)，分析介電彈性體材料內(nèi)阻、循環(huán)方式對機(jī)電轉(zhuǎn)換效率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：介電彈性體發(fā)電機(jī)柔性電極的內(nèi)阻受碳粉目數(shù)、數(shù)量、與硅膠、硅油配比關(guān)系影響較大。碳粉目數(shù)增大，電阻值先減小后增大，碳粉數(shù)量增加，電阻值變小，且電極越干燥，電阻值也越小，電極干燥程度需根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場合進(jìn)行確定；在相同條件下，理論計(jì)算的絕對收集能量為恒