梁式結(jié)構(gòu)壓電-電磁復(fù)合俘能技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線傳感器因其具體積小、耗能低、應(yīng)用范圍廣、可以在特殊環(huán)境下使用等優(yōu)點(diǎn)而具有廣闊的應(yīng)用前景。但是以化學(xué)電池為其主的供能方式存在著供能壽命有限,需要定期充電或更換,及由此所帶來(lái)的材料浪費(fèi),重金屬環(huán)境污染等問題。因此,如何為這些低功耗的無(wú)線傳感器供給電能已成為亟待解決的問題。轉(zhuǎn)化環(huán)境中振動(dòng)機(jī)械能的技術(shù)可以為之提供有效的解決方案。而壓電效應(yīng)和電磁感應(yīng)是兩種最為有效的將振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的原理。為了使電磁俘能器和壓電俘能器有更好的俘能效果,研

2、究人員做了大量的優(yōu)化工作,這其中以結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化和外界負(fù)載的優(yōu)化為主。他們中的一些人已經(jīng)開展了將壓電和電磁兩種發(fā)電原理耦合在一起,即壓電-電磁復(fù)合俘能裝置的相關(guān)研究。
　　本文提出了一種新型的復(fù)合俘能結(jié)構(gòu)。這種裝置不僅提高振動(dòng)式發(fā)電裝置的功率輸出,還可以拓寬功率帶寬。全文的主要工作有以下幾個(gè)方面。
　　利用非線性振動(dòng)的原理和壓電方程,分別建立以輸出功率為目標(biāo)函數(shù)的單一電磁發(fā)電裝置和單一壓電發(fā)電裝置的數(shù)學(xué)模型。耦合分析了兩種發(fā)

3、電裝置的相互影響。耦合之后的輸出功率相疊加得到復(fù)合發(fā)電裝置輸出功率的數(shù)學(xué)模型。數(shù)值分析的結(jié)果表明,相比于單一的發(fā)電裝置,這種復(fù)合發(fā)電裝置提高了3倍的輸出功率帶寬。
　　利用Maxwell建立了電磁發(fā)電裝置的有限元模型,利用ANSYS建立了壓電發(fā)電裝置的有限元模型。為了獲得更好的輸出效果,我們優(yōu)化了結(jié)構(gòu)參數(shù)和外接負(fù)載,并且將兩個(gè)有限元仿真結(jié)果結(jié)合起來(lái),得到復(fù)合發(fā)電裝置的總輸出。有限元仿真結(jié)果表明無(wú)論是單一發(fā)電裝置還是復(fù)合發(fā)電裝置,其