俘能器
- 可變形式翼型鈍體的風(fēng)致振壓電俘能器
等原理為基礎(chǔ)的俘能器進(jìn)行了多方面的研究［1-4］。電磁式適用于高速旋轉(zhuǎn)環(huán)境、摩擦式適用于微表面接觸環(huán)境，相較于前兩者，壓電俘能器的優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易集成一體化微機(jī)電系統(tǒng)、無電磁干擾及對(duì)材料的損耗較小等［5-7］。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域工作環(huán)境中存在能量的不同，壓電俘能器大致可分為風(fēng)致振式［8］、旋轉(zhuǎn)式［9］、振動(dòng)式［10］三類。其中，風(fēng)致振壓電俘能器主要依靠鈍體受風(fēng)力影響產(chǎn)生振動(dòng)激勵(lì)壓電陶瓷進(jìn)行發(fā)電，其根據(jù)激勵(lì)鈍體的結(jié)構(gòu)主要分為三類，分別為單鈍體式、多鈍體式及復(fù)合
光學(xué)精密工程 2023年24期2024-01-04
- 不倒翁式電磁俘能器的非線性動(dòng)力學(xué)特性研究1)
性,進(jìn)一步提高俘能器俘獲水流能量的性能.Zhao 等[16]設(shè)計(jì)了一種機(jī)械智能波浪能俘獲系統(tǒng),使用機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)激勵(lì)進(jìn)行調(diào)控,通過納米摩擦發(fā)電與電磁感應(yīng)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋波浪的高效俘獲.電磁結(jié)構(gòu)因其效率高、成本低和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于大型海洋發(fā)電站中[17].然而,傳統(tǒng)電磁俘能器很難匹配海浪的低頻與隨機(jī)的特性.因此,研究人員設(shè)計(jì)了擺結(jié)構(gòu)[18-20]、振蕩水柱[21-22]、振蕩浮子[23]等結(jié)構(gòu)以提高俘能效率.Li 等[24]基于混沌擺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一
力學(xué)學(xué)報(bào) 2023年10期2023-11-16
- 利用斜齒離合升頻機(jī)制實(shí)現(xiàn)瓦級(jí)輸出的超低頻電磁式振動(dòng)能量收集器1)
近年來各類壓電俘能器件層出不迭,但是壓電器件也面臨一些難以解決的問題,如壓電陶瓷高頻加載易碎,無法高效地收集微小激勵(lì)下的振動(dòng)能量、輸出功率不高等;電磁感應(yīng)發(fā)電是目前應(yīng)用廣泛且較為成熟的發(fā)電技術(shù),具有高功率輸出,被廣泛應(yīng)用于能量收集領(lǐng)域.然而,來自周圍環(huán)境和人類的機(jī)械動(dòng)能通常具有低頻和不規(guī)則的特點(diǎn)[35],這極大地限制了其適用條件和能量收集效率的提升[36].最近,研究人員已經(jīng)開發(fā)了許多從低頻和不規(guī)則激勵(lì)中收集能量的方法,包括共振運(yùn)動(dòng)[37]、升級(jí)結(jié)構(gòu)[38
力學(xué)學(xué)報(bào) 2023年10期2023-11-16
- 基于自旋梁的壓電振動(dòng)能量采集與動(dòng)力學(xué)分析1)
究了懸臂式壓電俘能器在基座橫向運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的橫向振動(dòng)的精確解析解.Zhao 等[13]應(yīng)用格林函數(shù)法對(duì)懸臂式Timoshenko 直梁壓電俘能器進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,得到了強(qiáng)迫振動(dòng)的解析解,并探究了各類因素對(duì)電壓響應(yīng)的影響.在直梁的基礎(chǔ)上,何艷麗等[14]用格林函數(shù)法對(duì)Timoshenko 曲梁壓電俘能器進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,此外,趙翔等[15]提出采用逆方法對(duì)含裂紋的曲梁壓電俘能器進(jìn)行損傷檢測(cè).Niazi 等[16]提出了一種帶動(dòng)態(tài)放大器的懸臂壓電-磁致收縮雙穩(wěn)
力學(xué)學(xué)報(bào) 2023年10期2023-11-16
- 基于翅片超表面鈍體的流致振動(dòng)俘能特性研究1)
機(jī)制.由于壓電俘能器裸機(jī)成本低、體積小、操作方便、易于擴(kuò)展和集成等優(yōu)點(diǎn),其被認(rèn)為是一種具有競(jìng)爭(zhēng)力的俘能技術(shù),在自動(dòng)化領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用.流致振動(dòng)根據(jù)振動(dòng)機(jī)制主要分為渦激振動(dòng)[14](vortex-induced-vibration,VIV)、馳振[15]、顫振[16]和抖振[17]等.由于渦激振動(dòng)與馳振具有在低流速下有利于能量俘獲的振動(dòng)特性,許多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了廣泛的研究.為了使基于渦激振動(dòng)的壓電俘能器(VIVbased piezoelectric ene
力學(xué)學(xué)報(bào) 2023年10期2023-11-16
- 風(fēng)致及振動(dòng)環(huán)境下壓電俘能器的設(shè)計(jì)與研究
直接獲取能量的俘能器就成為了許多學(xué)者重點(diǎn)研究的對(duì)象。彈藥在勤務(wù)處理和上彈工作過程中受振動(dòng)環(huán)境和風(fēng)致環(huán)境的影響,環(huán)境中風(fēng)能和振動(dòng)能都可以用來俘獲并轉(zhuǎn)化為電能[1-2]。風(fēng)能和振動(dòng)能是有效安全的可持續(xù)能源,可通過壓電[3-5]、電磁[6-7]、摩擦[8-9]、靜電[10-11]等不同方式采集和轉(zhuǎn)化,并應(yīng)用于子彈藥微功耗系統(tǒng)中。近年來,國內(nèi)外學(xué)者對(duì)振動(dòng)型自俘能系統(tǒng)已經(jīng)開展了一定的研究,取得了一些成果。Zhang[12]設(shè)計(jì)了一種在振動(dòng)環(huán)境下的電磁俘能器,通過磁鐵
兵器裝備工程學(xué)報(bào) 2023年10期2023-11-13
- 圓柱斜切體渦激振動(dòng)壓電俘能器的輸出特性研究
電渦激振動(dòng)能量俘能器組成,分別安裝在風(fēng)洞中與來流方向平行的一個(gè)平面上,采用格子-玻爾茲曼方法對(duì)圓柱渦激振動(dòng)的振動(dòng)強(qiáng)度和圓柱周圍壓力分布進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,研究了空間距離對(duì)系統(tǒng)能量收集性能的影響。楊敬東等[16]根據(jù)壓電理論和尾流振子模型建立了二維渦激振動(dòng)的壓電能量收集數(shù)學(xué)模型,對(duì)圓柱加雙壓電臂的能量收集裝置進(jìn)行計(jì)算分析。張敏等[17]采用xFlow與OpenModelica建立了流-機(jī)-電耦合計(jì)算模型,求解了渦激振動(dòng)與高斯定律聯(lián)立方程,通過對(duì)渦激振動(dòng)壓電能量收
科學(xué)技術(shù)與工程 2023年26期2023-10-09
- 汽車懸架的振動(dòng)俘能與汽車平順性仿真研究
化為熱能,振動(dòng)俘能器主要利用一定的機(jī)械結(jié)構(gòu)將車輛的振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能,并將其存儲(chǔ)在電池中以供使用。ZHANG[3]等人設(shè)計(jì)了一種倍速減振俘能器,該俘能器能有效回收車輛振動(dòng)產(chǎn)生的能量。YU[4]等人基于精細(xì)化管理策略提出了一種汽車振動(dòng)能量管理系統(tǒng),通過臺(tái)架實(shí)驗(yàn)研究了該方案的有效性。ZHOU[5]等人設(shè)計(jì)了一種由汽車懸架和俘能器組成的磁能量收集裝置,仿真和實(shí)驗(yàn)研究了該俘能裝置的輸出性能。盡管學(xué)者們針對(duì)振動(dòng)俘能器進(jìn)行了許多研究,但這些俘能器大多是線性結(jié)構(gòu)[3-5]
計(jì)算機(jī)仿真 2023年7期2023-09-04
- 鈍體表面附著物對(duì)低速水流壓電俘能器性能影響研究1)
能的馳振式壓電俘能器為低速水流能的利用提供了解決方案[10].利用馳振式壓電俘能器將低速水流能量轉(zhuǎn)化為電能,可以為微機(jī)電系統(tǒng)[11-12]和無線傳感器[13-14]供電.目前已經(jīng)存在一些關(guān)于利用低速水流能的壓電俘能器研究.曹東興等[15]設(shè)計(jì)一種利用永磁鐵增強(qiáng)流致振動(dòng)的壓電俘能器.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明: 水流速度為0.5 m/s 時(shí),輸出功率的均方根值為120 μW,與無附加磁體的壓電俘能器相比提高了57.8%.單小彪等[16]提出一種在水中完全淹沒的尾流激振式壓
力學(xué)學(xué)報(bào) 2023年7期2023-08-06
- 扭擺式多方向壓電振動(dòng)俘能器的研究
等原理的微小型俘能器的研究成為國內(nèi)外的前沿?zé)狳c(diǎn)[1-5]。每一類微型俘能器都有其自身的優(yōu)勢(shì)和適用領(lǐng)域[6]，壓電俘能器的優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無電池干擾、易于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的微小化，故其適用范圍更廣，已逐步用于俘獲自然環(huán)境中振動(dòng)能[7]、人體動(dòng)能[8]、旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)能[9]及流體動(dòng)能[10]等能量。這些能量最終都是通過壓電振子的振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能[11]。傳統(tǒng)的壓電振動(dòng)俘能器大都采用端部固定有質(zhì)量塊的壓電振子作為換能部件，所適應(yīng)的振動(dòng)方向單一、有效頻帶窄，無法滿足多向振
中國機(jī)械工程 2023年4期2023-03-11
- 換向激勵(lì)式壓電振動(dòng)俘能器
及摩擦電原理的俘能器成為研究熱點(diǎn)[1-2］。每一類俘能器都有其自身的特點(diǎn)及適用領(lǐng)域，壓電俘能器的優(yōu)勢(shì)在于能量密度大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及無電磁干擾等，可用于收集環(huán)境中的各種能量，如人體運(yùn)動(dòng)能、旋轉(zhuǎn)動(dòng)能、風(fēng)能、波浪能及振動(dòng)能[3-8］。其中，振動(dòng)能無處不在，且能量密度高、不易受天氣等因素的影響，故國內(nèi)外學(xué)者對(duì)壓電振動(dòng)俘能器進(jìn)行了大量研究。一部分學(xué)者通過引入非線性磁力系統(tǒng)來提高俘能器的輸出性能，F(xiàn)an[9］等提出了一種基于磁吸力的單穩(wěn)態(tài)低頻壓電振動(dòng)俘能器，通過磁力來降低
光學(xué)精密工程 2023年3期2023-03-10
- 面向立井提升系統(tǒng)的壓電俘能器性能研究
]。目前，壓電俘能器普遍存在能量轉(zhuǎn)化效率低、采集頻帶窄、輸出電壓和功率低等缺點(diǎn)。Shahru[6]提出了一種等截面矩形懸臂梁陣列結(jié)構(gòu)，通過改變矩形梁長度及附加質(zhì)量大小，來調(diào)節(jié)振動(dòng)俘能結(jié)構(gòu)的共振頻率，來提高輸出電壓，但并沒有解決頻帶窄的問題；LI 等[7]提出了一種多模態(tài)壓電能量回收裝置，結(jié)果表明該俘能器在低頻低幅環(huán)境振動(dòng)情況下可以產(chǎn)生多個(gè)峰值電壓輸出；Ram 等[8]研究設(shè)計(jì)了一種適用于低頻振動(dòng)多維度采集壓電俘能裝置，采用復(fù)雜的壓電基板拼接技術(shù)，其外形與叉
煤礦安全 2023年1期2023-03-04
- 磁力T型壓電俘能器參數(shù)共振及其特性研究
電能的裝置稱為俘能器。由于壓電俘能器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無污染、壽命長、易于實(shí)現(xiàn)裝置的微小化等優(yōu)點(diǎn)而成為了研究熱點(diǎn)[3]，其最常見結(jié)構(gòu)為壓電懸臂梁。環(huán)境中的振動(dòng)是多方向，現(xiàn)有的研究大多是研究直接激勵(lì)（激勵(lì)方向垂于梁長）下的壓電俘能器，而對(duì)于參數(shù)激勵(lì)（激勵(lì)方向平行于梁長）的研究較少。文獻(xiàn)[4]建立了參數(shù)激勵(lì)下的壓電俘能器集總參數(shù)模型，通過解析法和實(shí)驗(yàn)研究了多個(gè)參數(shù)對(duì)俘能器的影響。文獻(xiàn)[5]推導(dǎo)了受參數(shù)激勵(lì)懸臂梁的非線性分布參數(shù)模型，考慮了幾何、慣性、壓電材料等多種
機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 2023年1期2023-02-09
- 雙穩(wěn)態(tài)壓電俘能器的簇發(fā)振蕩與俘能效率分析1)
充能.線性壓電俘能器只在共振頻率附近能夠收集到較多能量,其有效工作的頻率帶寬很窄.為了拓寬系統(tǒng)的工作帶寬,人們?cè)O(shè)計(jì)了多種方案來改善線性壓電俘能器.如陣列式,多自由度等.與線性技術(shù)相比,非線性技術(shù)可以在更大的連續(xù)頻率帶寬上輸出較大電流,從而提高能量收集的效率.非線性來源主要包括結(jié)構(gòu)變形、外加非線性力等.Moon 等[8]最早提出雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)是由懸臂梁及梁的自由端附近對(duì)稱放置的永磁體組成.其耦合動(dòng)力學(xué)可用負(fù)剛度Duffing 方程來描述,此時(shí)系統(tǒng)存在兩個(gè)穩(wěn)定平衡
力學(xué)學(xué)報(bào) 2022年11期2022-12-18
- 撥動(dòng)式上變頻壓電俘能器的設(shè)計(jì)與研究
以下。壓電振動(dòng)俘能器在固有頻率處的功率輸出最高，且輸出功率與固有頻率正相關(guān)，而壓電俘能器固有頻率一般在幾十、上百赫茲，若僅降低壓電振蕩結(jié)構(gòu)的固有頻率，則必須增大結(jié)構(gòu)等效質(zhì)量，減小剛度，但這樣易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞，且輸出功率不易滿足供電需求。針對(duì)低頻、超低頻振動(dòng)能量收集，上變頻壓電俘能器[1]成為一個(gè)重要的研究方向。上變頻壓電俘能器通常分為輔助結(jié)構(gòu)和壓電結(jié)構(gòu)兩部分，輔助結(jié)構(gòu)將低頻環(huán)境振動(dòng)轉(zhuǎn)化為壓電結(jié)構(gòu)的高頻振動(dòng)，使壓電結(jié)構(gòu)在高頻諧振響應(yīng)時(shí)產(chǎn)生更高的輸出功率。上變頻
壓電與聲光 2022年5期2022-11-18
- 磁鐵間距對(duì)雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁俘能器輸出特性的影響研究
性能。壓電振動(dòng)俘能器發(fā)生雙穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)的主要途徑就是采用永磁鐵產(chǎn)生非線性回復(fù)力，該力使壓電振子的勢(shì)能函數(shù)呈現(xiàn)雙勢(shì)阱狀態(tài)，捕獲頻帶變寬。但環(huán)境中的大量振動(dòng)源的激勵(lì)頻率往往具有可變性，一旦環(huán)境激勵(lì)頻率偏離壓電振子的工作頻帶時(shí)，其俘獲效率將會(huì)很低，輸出電能小,因此，需要能夠及時(shí)調(diào)整壓電振子的工作頻率區(qū)間來適應(yīng)環(huán)境激勵(lì)源的變化，其中一種重要的方法就是調(diào)節(jié)非線性回復(fù)力的大小。磁鐵間產(chǎn)生的非線性回復(fù)力與磁鐵間距有重要關(guān)系。因此，研究磁鐵間距對(duì)壓電懸臂梁俘能器工作頻寬和輸出
機(jī)械與電子 2022年10期2022-11-01
- 一種多穩(wěn)態(tài)變勢(shì)能函數(shù)壓電俘能器及其特性研究
傳統(tǒng)的線性壓電俘能器工作帶寬非常窄，只有當(dāng)外界激振頻率與系統(tǒng)固有頻率相近時(shí)才能有較好的俘能特性[1]。近年來，非線性壓電俘能器因其具有更寬的工作帶寬、發(fā)電效率更高而受到了廣泛關(guān)注[2-3]。研究表明：利用變勢(shì)能函數(shù)結(jié)構(gòu)能有效提高俘能器的性能。文獻(xiàn)[4-5]提出了一種彈性支撐外部磁鐵的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)在低幅激勵(lì)下也能處于雙穩(wěn)振蕩的狀態(tài)；文獻(xiàn)[6]在傳統(tǒng)雙穩(wěn)態(tài)俘能器懸臂梁表面安裝了帶有彈簧的可移動(dòng)磁鐵，可移動(dòng)磁鐵與固定磁鐵之間的磁力變化，則能夠?qū)崿F(xiàn)勢(shì)能函數(shù)為可變，
儀表技術(shù)與傳感器 2022年6期2022-07-27
- 基于ANSYS 軟件的壓電和電磁復(fù)合式振動(dòng)俘能器設(shè)計(jì)
由此制成的振動(dòng)俘能器具備各自的優(yōu)點(diǎn)，彰顯了潛在的應(yīng)用價(jià)值.對(duì)于壓電和電磁式振動(dòng)俘能器的研究均受到了國內(nèi)外許多科研人員的關(guān)注：Wang 等［3］將壓電與電磁式2 種能量收集技術(shù)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合式振動(dòng)俘能器，此俘能裝置為懸臂梁結(jié)構(gòu)，末端采用四極磁鐵排列，外界振動(dòng)發(fā)生時(shí)實(shí)現(xiàn)電能的收集，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，通過有效地集成壓電與電磁能量收集，可以產(chǎn)生比單一能量收集更多的能量；Sang 等［4］應(yīng)用電磁轉(zhuǎn)換理論和壓電耦合效應(yīng)，搭建了振動(dòng)能量俘能器件測(cè)試系統(tǒng)，驗(yàn)證了多種混
- 含槽變截面懸臂式壓電俘能器性能研究
一[1]。壓電俘能器有兩端固定式、一固一鉸式、懸臂式，可以適用于不同場(chǎng)合，其中，懸臂式壓電俘能器研究較多，文獻(xiàn)[2]提出增加壓電陶瓷鋪設(shè)數(shù)目來增大懸臂梁固有頻率，減小自由端最大位移，同時(shí)保持各監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值不變。增大俘獲能量的方法主要有以下兩種：1)采用并聯(lián)的方式[3]。雖然該方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但在增加能量的同時(shí)，可以加寬帶寬。2)采用變截面形式。近期有關(guān)此方面的研究較多，梁形式可以采用等厚度梯形[4-5]、等厚度矩形+三角形[6]、變厚度圓臺(tái)[7]等，結(jié)構(gòu)稍微
壓電與聲光 2022年3期2022-07-16
- 壓電疊堆—蜂鳴片復(fù)合俘能器設(shè)計(jì)*
]。疊堆式壓電俘能器利用較高的d33壓電系數(shù),理論上能夠收集較高的能量,但由于其縱向剛度大、應(yīng)變困難,在低頻振動(dòng)下難以諧振,所以機(jī)電轉(zhuǎn)換效率較低。為了提高疊堆式俘能器的機(jī)電轉(zhuǎn)換效率,一方面是使疊堆諧振(給疊堆施加高頻激振力或增大疊堆頂端等效質(zhì)量塊)：Timothy F等人[3]將118 g質(zhì)量塊固定在12 mm×4 mm×3 mm疊堆頂部,施加117.6 m/s2的振動(dòng)加速度,在1 900 Hz的頻率下疊堆諧振,獲得210 mW的功率,但俘能器諧振頻率仍然
傳感器與微系統(tǒng) 2022年7期2022-07-15
- 基于低頻聲能量回收的壓電式微型俘能器*
基于壓電式微型俘能器，與在距離聲源較遠(yuǎn)時(shí)，仍有不錯(cuò)的發(fā)電性能，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該俘能器可以遠(yuǎn)距離對(duì)微型電子器件供能，具有較大的應(yīng)用前景。1 俘能器原理俘能器主要由Helmholtz共鳴器[6,7]、壓電單晶片及接口電路構(gòu)成，如圖1所示，共鳴器上表面為彈性薄板，其余面為剛性面。當(dāng)入射聲波頻率與Helmholtz共鳴器的共振頻率相同時(shí)，入射聲壓在共鳴器腔體內(nèi)放大，然后作用到薄板上，壓電片貼合固定在薄板上，從上表面引出正負(fù)極，薄板帶動(dòng)壓電片振動(dòng)，使其產(chǎn)生形變，基于
傳感器與微系統(tǒng) 2022年6期2022-06-28
- 基于MFC的地鐵軌道振動(dòng)能量收集研究
了一種壓電陣列俘能器。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，壓電陣列的電壓高于單個(gè)壓電片，功率反而減小。高鳴源[4]設(shè)計(jì)了一種梁式壓電俘能裝置，將鋼軌振動(dòng)位移作為激勵(lì)仿真計(jì)算了其發(fā)電響應(yīng)。并通過室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證其可行性。Wang等[5]研制了一種適用于低頻重載的新型彎-壓型俘能單元，建立了埋置俘能單元的軌道結(jié)構(gòu)在移動(dòng)荷載作用下的理論分析模型，并給出其理論電學(xué)輸出。然而由于壓電陶瓷本身脆性大、極限受拉承載力弱，導(dǎo)致基于傳統(tǒng)壓電陶瓷材的俘能器具有耐久性差等缺陷，與持續(xù)供能的初衷相違背。針
振動(dòng)與沖擊 2022年9期2022-05-16
- 彈性振幅放大器對(duì)參數(shù)激勵(lì)壓電俘能器的影響
量轉(zhuǎn)換為電能的俘能器研究在近20年中已成為研究熱點(diǎn)[1-3]。壓電式俘能器因具有能量輸出密度大，無須啟動(dòng)電源及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注[4]。根據(jù)外界激勵(lì)方向的不同，可以將壓電式俘能器分為直接激勵(lì)與參數(shù)激勵(lì)。直接激勵(lì)的外激勵(lì)方向垂直于壓電梁的梁長方向，而參數(shù)激勵(lì)的外激勵(lì)方向平行于壓電梁的梁長方向。在直接激勵(lì)方式下，Zamani等[5]提出了帶有彈性振幅放大器的雙穩(wěn)態(tài)壓電俘能器的二自由度非線性分布參數(shù)模型，結(jié)果表明，通過調(diào)節(jié)放大器和俘能器的質(zhì)量和剛度比可
壓電與聲光 2022年1期2022-03-16
- 氣動(dòng)系統(tǒng)換向沖擊壓電俘能特性
]對(duì)圓盤式壓電俘能器分別進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。程廷海等[14-17]提出了一種壓電片陣列式俘能器，并在密閉環(huán)境、氣動(dòng)高壓、定質(zhì)量分?jǐn)?shù)等狀態(tài)下進(jìn)行了氣體沖擊式實(shí)驗(yàn)。劉文博[18]在氣動(dòng)與磁力相結(jié)合條件下進(jìn)行了壓電發(fā)電機(jī)理與試驗(yàn)研究。王英廷等[19-20]利用分析、模擬與實(shí)驗(yàn)的方式探討了多種密閉式和氣動(dòng)式壓電俘能特性，為解決氣動(dòng)系統(tǒng)中的低功耗元件的續(xù)能提供了理論與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。闞君武等[21]提出一種錯(cuò)位旋磁激勵(lì)壓電俘能器，進(jìn)行了仿真，并實(shí)驗(yàn)測(cè)試了動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)速、
液壓與氣動(dòng) 2022年1期2022-01-23
- 線形-拱形組合梁式壓電俘能器振動(dòng)特性研究
于傳統(tǒng)線性壓電俘能器工作頻帶窄，俘能效率低，且環(huán)境振源具有寬頻帶、多方向等特點(diǎn)，為此國內(nèi)外專家學(xué)者提出多種壓電俘能器以適應(yīng)環(huán)境特點(diǎn)，提升俘能效率。Nguyen等［7］提出一種具有兩自由度的雙穩(wěn)態(tài)壓電俘能器，通過結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化使各個(gè)自由度離散的共振頻率接近，從而形成共振頻率帶以拓寬頻帶。Zhou等［8］提出了一種改進(jìn)式的三穩(wěn)態(tài)壓電俘能器，通過調(diào)節(jié)底部?jī)蓚€(gè)可調(diào)磁鐵的角度及間距能夠有效地拓寬壓電俘能器的響應(yīng)帶寬，提高能量收集效率。Liu等［9］提出一種雙穩(wěn)態(tài)壓電俘
振動(dòng)工程學(xué)報(bào) 2021年6期2022-01-12
- 并聯(lián)磁力耦合式俘能器及其特性研究
并聯(lián)磁力耦合式俘能器及其特性研究吳明軒，凌元淮（西南交通大學(xué) 機(jī)械原理教研室，四川 成都 610031）傳統(tǒng)雙穩(wěn)態(tài)懸臂梁壓電俘能器存在效率低、頻帶窄的弊端。為了提高俘能頻帶，本文提出一種并聯(lián)磁力耦合式壓電懸臂梁俘能裝置，引入了磁力的耦合及壓電片的并聯(lián)。通過建立集中參數(shù)的的數(shù)學(xué)模型，使用龍格庫塔數(shù)值仿真法對(duì)比分析了簡(jiǎn)諧激勵(lì)下并聯(lián)磁力耦合式壓電懸臂梁俘能裝置與單懸臂梁雙穩(wěn)態(tài)俘能器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及俘能特性。最后搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，磁力耦合和并聯(lián)的加入
機(jī)械 2021年12期2022-01-10
- 線繩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速提升式低頻俘能器的設(shè)計(jì)與研究1)
研究的懸臂梁式俘能器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，但其工作頻率較高、工作頻帶窄、不易收集低頻機(jī)械能.Zhou 等[17]通過將非線性磁力[18]引入到懸臂梁式俘能器，使其產(chǎn)生單穩(wěn)態(tài)[19]、雙穩(wěn)態(tài)[20]、三穩(wěn)態(tài)[21-22]、多穩(wěn)態(tài)[23]和內(nèi)共振[24]等特性，從而利用軟化或硬化頻率響應(yīng)特征[25-26]拓寬了懸臂梁式俘能器的工作頻帶[27]，但仍不能有效收集低頻機(jī)械能[28].頻率提升機(jī)制[29]，即將環(huán)境中的低頻運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為懸臂梁的高頻振動(dòng)，為低頻機(jī)械能的收集
力學(xué)學(xué)報(bào) 2021年11期2021-12-21
- 翼型顫振壓電俘能器的輸出特性研究1)
)引言振動(dòng)能量俘能器是被認(rèn)為一種有潛力、能替代的能量源，能夠有效持續(xù)為低功率微機(jī)電系統(tǒng)供能[1-3].振動(dòng)-能量轉(zhuǎn)換機(jī)理通常包括壓電式[4-5]、電磁式[6]、靜電式[7]和摩擦電式[8-9].由于壓電式在易制作、高能量密度和無電磁干擾等方面具有巨大優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn).流激振動(dòng)廣泛存在于自然環(huán)境中，蘊(yùn)涵巨大的能量，包括渦激振動(dòng)[10-11]、尾流激振[12-13]、顫振[14-15]和馳振[16-17].其中顫振是一種自激勵(lì)、大幅值的氣動(dòng)彈
力學(xué)學(xué)報(bào) 2021年11期2021-12-21
- 線形-拱形組合梁式三穩(wěn)態(tài)壓電俘能器動(dòng)力學(xué)特性研究1)
].壓電懸臂梁俘能器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊等優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)此開展了大量的研究工作[9-12].經(jīng)典的線性壓電俘能器只能在其共振頻率附近有效工作，當(dāng)環(huán)境激勵(lì)頻率遠(yuǎn)離俘能器共振頻率時(shí)，俘能器可俘獲的能量顯著減少，這一問題嚴(yán)重制約俘能器的實(shí)際應(yīng)用[13].為提升俘能器俘能性能，研究人員提出了各種拓頻方法，根據(jù)不同原理，可分為線性拓頻和非線性拓頻[14]，線性拓頻方式主要包括:多懸臂梁陣列[15]、L 型梁[16]、多自由度梁[17].盡管上述結(jié)構(gòu)能夠有效拓寬
力學(xué)學(xué)報(bào) 2021年11期2021-12-21
- 基于壓電振動(dòng)能量俘獲的彎曲結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)研究1)
材料廣泛應(yīng)用于俘能器中[5-6].到目前為止，最常用的壓電俘能器采用懸臂梁式，通常是由一個(gè)結(jié)構(gòu)層和壓電材料(如壓電陶瓷PZT、壓電復(fù)合材料PVDF)層組成[7].學(xué)者們對(duì)直梁壓電振動(dòng)能量俘獲系統(tǒng)進(jìn)行了大量且詳細(xì)的研究.Erturk和Inman[8-9]在Euler-Bernoulli 梁假設(shè)下，研究了在基座橫向運(yùn)動(dòng)時(shí)懸臂式壓電俘能器橫向振動(dòng)的精確解析解.另外考慮到常用的單自由度諧波激勵(lì)對(duì)預(yù)測(cè)懸臂梁的運(yùn)動(dòng)可能會(huì)產(chǎn)生不準(zhǔn)確的結(jié)果，推導(dǎo)了修正因子以改進(jìn)單自由度橫
力學(xué)學(xué)報(bào) 2021年11期2021-12-21
- 面向壓電振動(dòng)能量俘獲的電能管理電路綜述1)
.由于壓電振動(dòng)俘能器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、形狀靈活、能量密度高、易于實(shí)現(xiàn)微型化等諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于振動(dòng)能的俘獲[4-8].然而，由于壓電材料本身具有高容性阻抗的特點(diǎn)，導(dǎo)致俘獲器的輸出電能具有低電流、高電壓的特性，其輸出功率與負(fù)載有關(guān);同時(shí)由于振動(dòng)能量的特點(diǎn)，俘獲器輸出為交流電能，并不能直接充電池或給無線傳感節(jié)點(diǎn)供電.因此，在壓電俘能器(piezoelectric energy harvester，PEH)和無線傳感節(jié)點(diǎn)之間必須加入電能管理電路，其功能是實(shí)現(xiàn)交流
力學(xué)學(xué)報(bào) 2021年11期2021-12-21
- 梯形懸臂梁壓電振動(dòng)俘能器的特性研究
理的不同，振動(dòng)俘能器可以分為壓電式[6]、電磁式[7]和靜電式[8]。壓電式振動(dòng)俘能器有較高的能量密度、不受電磁干擾、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及易于微型化等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用[9-10]。易志然[11]等設(shè)計(jì)了一種階梯梁壓電振動(dòng)俘能器結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明：梁根部加強(qiáng)有助于壓電材料利用率的提高以及發(fā)電功率的增加。王海[12]等設(shè)計(jì)了一種多質(zhì)量塊寬頻壓電能量收集器，實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明：隨著質(zhì)量塊數(shù)量的增加，壓電懸臂梁的一階固有頻率降低、頻寬增大和輸出功率增加。但多
儀表技術(shù)與傳感器 2021年11期2021-11-29
- 風(fēng)致馳振型壓電－電磁復(fù)合俘能器等效電路建模及參數(shù)影響分析*
振型壓電或電磁俘能器的數(shù)學(xué)模型，研究了鈍體截面形狀[5－9]、外接負(fù)載[10－12]、機(jī)電耦合系數(shù)[13]、機(jī)械參數(shù)[14]、非線性力[15]等對(duì)俘能器切入風(fēng)速和系統(tǒng)輸出性能的影響關(guān)系。這些研究多是直接連接線性負(fù)載進(jìn)行分析。也有一些研究人員從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，通過建立風(fēng)致馳振型壓電俘能器的等效電路模型，以此實(shí)現(xiàn)與非線性接口電路相連的壓電俘能器發(fā)電性能的評(píng)估[16－17]。為了提高系統(tǒng)發(fā)電能力，一些研究人員對(duì)壓電－電磁復(fù)合俘能器進(jìn)行了研究。對(duì)于壓電－電磁復(fù)合
傳感技術(shù)學(xué)報(bào) 2021年9期2021-11-12
- 單磁耦合式壓電振動(dòng)俘能器的建模與試驗(yàn)
電等原理的微型俘能器研究已成為國內(nèi)外的熱點(diǎn)[1-4]。其中壓電振動(dòng)俘能器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易微小化、輸出能量密度大以及不易受天氣影響等優(yōu)勢(shì)，故其適用范圍更廣，研究?jī)r(jià)值更高。懸臂梁式壓電振動(dòng)俘能器[5-10]因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而被廣泛采用，但在實(shí)際環(huán)境中其振動(dòng)頻率及振幅變化范圍大、不穩(wěn)定，當(dāng)激勵(lì)頻率遠(yuǎn)離壓電振子固有頻率時(shí)不宜被有效激勵(lì)且振幅過大時(shí)易造成壓電振子損毀，因此提高俘能器的頻率適應(yīng)性、有效帶寬以及可靠性是提高其實(shí)用性的前提[11]。目前，用來提高俘能器頻率適應(yīng)
中國機(jī)械工程 2021年19期2021-10-20
- 等強(qiáng)度梁式壓-磁耦合振動(dòng)俘能器的性能分析
元器件采用振動(dòng)俘能器供電成為可能[3-6]。目前振動(dòng)俘能結(jié)構(gòu)主要分為三種:壓電式[7-8]、磁電式[9-10]以及靜電式。但單一結(jié)構(gòu)的振動(dòng)俘能器普遍受到可收集頻率范圍窄、輸出功率低的限制,使得振動(dòng)俘能的實(shí)用性大大降低。以壓電振動(dòng)俘能技術(shù)為例,只有結(jié)構(gòu)在共振頻率周圍才有較高的輸出[11-12]。因此,Yang 等[13]在傳統(tǒng)懸臂梁式壓電俘能器上增加了末端質(zhì)量,有效地降低了俘能器的固有頻率。孫亞峰等[14]分析了不同寬度梯形梁對(duì)能量收集器各項(xiàng)性能指標(biāo)的影響,
電子元件與材料 2021年7期2021-08-06
- 壓電俘能器在礦井軌道振動(dòng)中的應(yīng)用研究
收裝置又稱壓電俘能器，現(xiàn)存的壓電俘能器主要采用懸臂梁結(jié)構(gòu)，在懸臂梁的上下表面利用環(huán)氧膠固定壓電片，同時(shí)為了達(dá)到增大振幅的目的，在懸臂梁一端設(shè)置質(zhì)量塊[10-11].Sodano等人采用能量法對(duì)懸臂梁壓電能量回收裝置進(jìn)行了理論分析，研究表明該能量回收裝置對(duì)低功耗電子產(chǎn)品及無線傳感器的供電具有很大前景。Erturk等對(duì)單晶片和雙晶片懸臂梁式壓電能量回收裝置進(jìn)行了理論求解[12]，為壓電能量回收裝置的理論建模提供了思路。張之偉分析了壓電俘能器在橋梁振動(dòng)中的應(yīng)用[
山西焦煤科技 2021年5期2021-07-07
- 拱形-線形非線性磁力耦合壓電俘能器建模與特性分析
懸臂直梁式壓電俘能器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于能量收集。為提高能量收集性能，大量研究對(duì)直梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化與設(shè)計(jì)。Erturk等[3]設(shè)計(jì)了一種L型梁，研究表明這種L型梁具有2階接近的諧振頻率，相對(duì)于傳統(tǒng)直梁，可以拓寬工作頻帶；Yang等[4]提出了一種拱形結(jié)構(gòu)梁，仿真表明拱形結(jié)構(gòu)具有更大、均勻的應(yīng)力分布，相對(duì)于直梁，拱形結(jié)構(gòu)梁有更高的電壓輸出和能量轉(zhuǎn)換效率，且雙拱形結(jié)構(gòu)梁能量轉(zhuǎn)換效率最高；Cao等[5]設(shè)計(jì)了一種具有2種不同厚度截面的梁，研究
振動(dòng)與沖擊 2021年9期2021-05-17
- 非線性壓電俘能技術(shù)研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析
由度的線性壓電俘能器，線性壓電俘能器有效工作頻帶很窄，一旦外界頻率偏離其固有頻率后，電能輸出會(huì)急劇下降[3]。這顯著限制了壓電俘能器的應(yīng)用，如何拓寬壓電俘能器的有效工作頻帶被關(guān)注。比較而言，非線性壓電俘能器在不犧牲能量密度條件下，可以在大的、連續(xù)的頻帶實(shí)現(xiàn)電能輸出，有效提高俘能效率[4]。成當(dāng)前壓電俘能技術(shù)研究的重點(diǎn)，代表了壓電俘能系統(tǒng)研究的發(fā)展方向[5]。本文對(duì)近幾年非線性壓電俘能器的研究進(jìn)行了綜述，主要內(nèi)容包括非線性壓電俘能器工作原理，不同原理的非線性
儀表技術(shù)與傳感器 2020年12期2021-01-27
- 分段線性復(fù)合式振動(dòng)俘能器的建模與實(shí)驗(yàn)*
供能方法。振動(dòng)俘能器已被公認(rèn)為是解決低功耗設(shè)備供電問題最具有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)途徑。振動(dòng)俘能器中最常見的能量轉(zhuǎn)換機(jī)制有靜電換能[1]、壓電換能[2]和電磁換能[3-5]。其中，不需要額外輔助供電的電磁式能量俘能器(EEH)和壓電式能量俘能器(PEH)受到了國內(nèi)外研究者的更多關(guān)注?，F(xiàn)實(shí)中主要環(huán)境振動(dòng)源在一個(gè)比較寬的低頻范圍內(nèi)(100 Hz以下)，然而大多數(shù)的振動(dòng)俘能器簡(jiǎn)化為線性彈簧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)，振動(dòng)的能量俘能器都將單峰振幅限制在窄頻帶內(nèi)；外部激勵(lì)存在與俘能器的諧
機(jī)電工程 2020年12期2020-12-24
- 不同激勵(lì)下寬頻磁浮俘能器俘能試驗(yàn)
激勵(lì)下寬頻磁浮俘能器俘能試驗(yàn)孫玉華1,2,3，李守太1,2,3，謝守勇1,2,3，李云伍1,2,3，高鳴源1,2,3,4※（1. 西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，重慶 400716；2. 丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)裝備重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400716；3. 西南大學(xué)智能傳動(dòng)和控制技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，重慶 400716；4. 澳大利亞國立大學(xué)工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，堪培拉 2601，澳大利亞）振動(dòng)能量俘獲是獲取可再生清潔能源的一種有效途徑，具有廣闊的應(yīng)用前景，有利于社會(huì)的
農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2020年18期2020-12-02
- 一種質(zhì)量塊-彈簧自參數(shù)共振壓電俘能器研究
設(shè)備提供電能的俘能器研究越來越多[1-3]。其中，壓電俘能器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量密度高而備受關(guān)注[4-5]。目前多數(shù)壓電俘能器是以直接激勵(lì)方式工作。但有研究表明，參數(shù)激勵(lì)比直接激勵(lì)更能產(chǎn)生高的響應(yīng)幅值[6]。Daqaq等[7]建立了參數(shù)激勵(lì)壓電俘能器的集中參數(shù)模型，并在該模型中考慮了幾何非線性和慣性非線性。Abdelkef等[8]建立了參數(shù)激勵(lì)壓電俘能器的分布參數(shù)模型。Lan等[9]研究了帶末端質(zhì)量塊的參數(shù)激勵(lì)俘能器的內(nèi)共振特性。參數(shù)激勵(lì)壓電俘能器存在的主要
壓電與聲光 2020年5期2020-10-28
- 一種壓電式微型俘能器
角陣列式的壓電俘能器。對(duì)穩(wěn)壓電路進(jìn)行仿真分析，研究了該俘能器在低風(fēng)速下以不同形式連接的電壓輸出特性，驗(yàn)證了俘能器對(duì)鋰電池充電的可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)壓電振子以串聯(lián)形式連接時(shí)，輸出電壓較高，且隨風(fēng)速增加而增加，在風(fēng)速較低時(shí)仍有較好發(fā)電性能。當(dāng)風(fēng)速為12m/s時(shí)，最大開路電壓有效值為20V，最高輸出功率為0.28mW，輸出電壓通過穩(wěn)壓電路后，可輸出穩(wěn)定電壓對(duì)鋰電池充電，實(shí)測(cè)充電功率為0.17mW。關(guān)鍵詞：渦激振動(dòng);陣列式;俘能器;風(fēng)能;充電引言風(fēng)能具有可持續(xù)
- 醫(yī)用壓電俘能技術(shù)的研究綜述
決此問題。壓電俘能器是將環(huán)境中的機(jī)械振動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，可長期有效的供給低能耗電子產(chǎn)品/系統(tǒng)[2]。鑒于此，基于壓電俘能技術(shù)，對(duì)醫(yī)用自供能技術(shù)的研究現(xiàn)狀、應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景進(jìn)行綜述分析，為醫(yī)用壓電設(shè)備自供能技術(shù)的研究提供一定的理論和技術(shù)支持。2 壓電俘能技術(shù)的基本原理壓電能量采集裝置稱之為壓電俘能器，其工作原理是當(dāng)壓電材料沿極化方向受到外力作用時(shí)，受正壓電效應(yīng)影響，在電極表面產(chǎn)生電荷，電荷聚集而產(chǎn)生電壓。影響壓電俘能器性能的主要參數(shù)是壓電材料的壓電常數(shù)dij
機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 2020年10期2020-10-21
- 層疊式磁力調(diào)頻壓電電磁復(fù)合能量收集器設(shè)計(jì)
. 本文在復(fù)合俘能器研究的基礎(chǔ)上，建立調(diào)頻俘能器機(jī)電耦合數(shù)學(xué)模型并對(duì)其進(jìn)行分析，利用MATLAB 進(jìn)行理論仿真. 制作層疊式壓電電磁復(fù)合能量收集器樣機(jī)，通過改變磁距可調(diào)節(jié)俘能器的諧振頻率，使其與振源頻率匹配，提高了俘能效率和輸出功率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果高度吻合，為實(shí)際工程應(yīng)用提供了理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù).1 磁力調(diào)頻壓電電磁復(fù)合俘能器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作原理圖1 為層疊式磁力調(diào)頻壓電電磁復(fù)合能量收集器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖. 能量收集器由FR4 板、質(zhì)量塊磁鐵、調(diào)頻磁鐵、固定彈簧和
宜賓學(xué)院學(xué)報(bào) 2020年6期2020-07-14
- 具有彈性放大器的雙穩(wěn)態(tài)壓電俘能器建模及參數(shù)影響分析
1 引 言壓電俘能器可以將環(huán)境振動(dòng)轉(zhuǎn)化成電能，為微電子器件自供電提供了一種可行的途徑。線性壓電俘能器LPH只能在固有頻率附近非常有限的帶寬內(nèi)有效，能量轉(zhuǎn)化效率低[1-3]。為了提高能量俘獲的效率，雙穩(wěn)態(tài)非線性俘能器越來越受到學(xué)者重視[4]。相對(duì)于LPH而言，雙穩(wěn)態(tài)壓電俘能器BPH的輸出電壓和工作頻帶都有大幅度改善[5-10]。然而，當(dāng)外界激勵(lì)強(qiáng)度較低時(shí)，BPH無法產(chǎn)生大幅度阱間運(yùn)動(dòng)，僅在單一勢(shì)阱內(nèi)產(chǎn)生小幅度阱內(nèi)運(yùn)動(dòng)，因而不能充分發(fā)揮BPH的優(yōu)勢(shì)，降低了俘能
計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào) 2020年2期2020-05-23
- 非線性壓電耦合對(duì)L型梁俘能器性能的影響
合系數(shù)對(duì)于計(jì)算俘能器將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能具有重要影響。在壓電線性本構(gòu)關(guān)系中，壓電耦合系數(shù)被認(rèn)為是常數(shù)[1]；但也有研究結(jié)果認(rèn)為壓電本構(gòu)關(guān)系是非線性的[2]，即壓電耦合系數(shù)Θ與壓電陶瓷應(yīng)變X之間為二次非線性關(guān)系，即Θ=θ(1+α|X|+βX2)，其中θ為線性壓電本構(gòu)關(guān)系中的壓電耦合常數(shù)，α和β分別為非線性壓電耦合一、二次項(xiàng)系數(shù)。在俘能器的性能分析中，Triplett等[3]將一次非線性壓電耦合系數(shù)α≠0，β=0。結(jié)果表明，當(dāng)激勵(lì)較大時(shí)，非線性機(jī)電耦合關(guān)系能更準(zhǔn)
壓電與聲光 2019年6期2019-12-17
- 基于壓電俘能器的流體能量俘獲技術(shù)研究現(xiàn)狀
心主要放在壓電俘能器本身的理論建模和構(gòu)型研究上，忽視了其與環(huán)境的耦合影響。壓電俘能系統(tǒng)是由環(huán)境振動(dòng)源、俘能器以及外接電路組成，是多物理場(chǎng)相互耦合的能量轉(zhuǎn)化過程。隨著研究的深入，研究重心也從俘能器本身研究逐步發(fā)展為耦合環(huán)境振動(dòng)源的壓電俘能系統(tǒng)研究。流體是一種分布廣泛，綠色環(huán)保，且可持續(xù)發(fā)展的能源。流體激勵(lì)壓電俘能器振動(dòng)俘能同時(shí)涉及流體場(chǎng)、固體場(chǎng)和電場(chǎng)，是一個(gè)多物理場(chǎng)相互耦合的振動(dòng)俘能過程，具有較高的學(xué)術(shù)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。本文圍繞壓電俘能器的流體能俘獲方式，分析
振動(dòng)與沖擊 2019年17期2019-09-17
- 非線性雙端固支梯形梁壓電俘能器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與特性分析
1-4]。壓電俘能器作為一種振動(dòng)能采集器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無污染、無電磁干擾、易于小型化等優(yōu)點(diǎn)，其產(chǎn)生的能量可以滿足低功耗電子元器件的需求[5-7]。ROUNDY[8]將末端帶有質(zhì)量塊的單懸臂梁式壓電俘能器應(yīng)用在無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中。自然環(huán)境中的振動(dòng)源多為100 Hz以下的低頻振動(dòng)源[9-10]，而單懸臂梁式壓電俘能器固有頻率大多在100 Hz以上[11-12]，難以達(dá)到其諧振頻率點(diǎn)，且其帶寬窄，輸出性能較差。因此，降低壓電俘能器的固有頻率、拓寬壓電俘能器的帶
農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2019年7期2019-08-13
- 隨機(jī)振動(dòng)激勵(lì)下的壓電俘能器發(fā)電性能模擬與分析*
點(diǎn)。以往對(duì)壓電俘能器發(fā)電性能的研究多采用簡(jiǎn)諧激勵(lì)的方式[7-10],這種激勵(lì)方式與實(shí)際環(huán)境振動(dòng)源隨機(jī)性和多樣性特點(diǎn)不相符合。為了研究壓電俘能器在實(shí)際環(huán)境中的發(fā)電性能,本文以路面不平度引起的車體隨機(jī)振動(dòng)作為激勵(lì)源,研究壓電俘能器在隨機(jī)振動(dòng)激勵(lì)條件下的發(fā)電性能。首先建立路面-車輛系統(tǒng)垂向振動(dòng)模型,通過引入路面不平度時(shí)域模型,分析車體振動(dòng)時(shí)域響應(yīng)。然后將車體響應(yīng)作用于壓電俘能器上,通過有限元方法分析壓電振子的模態(tài)頻率及外接負(fù)載對(duì)其發(fā)電性能的影響。獲得的最優(yōu)負(fù)載被
傳感技術(shù)學(xué)報(bào) 2019年3期2019-04-10
- 多場(chǎng)耦合多方向振動(dòng)俘能器建模及響應(yīng)分析*
言壓電式振動(dòng)俘能器的設(shè)計(jì)需要充分利用系統(tǒng)固有頻率與環(huán)境振動(dòng)頻率的相互匹配以達(dá)到性能最優(yōu)。大多數(shù)環(huán)境激勵(lì)表現(xiàn)出隨機(jī)性[1]、寬頻帶及非周期性等特點(diǎn)，且伴有噪聲[2]，使窄帶線性諧振系統(tǒng)收集方式在實(shí)際工程中俘能效果不理想[3]。多場(chǎng)耦合振動(dòng)俘能器利用力-電-磁多物理場(chǎng)耦合來收集環(huán)境振動(dòng)能量，具有較寬的響應(yīng)頻帶和廣泛的適應(yīng)能力。近年來基于多場(chǎng)耦合機(jī)理構(gòu)建高效振動(dòng)俘能器成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)[4]。振動(dòng)俘能器的性能研究一般是通過建立系統(tǒng)的機(jī)電耦合模型來確定系統(tǒng)能量
振動(dòng)、測(cè)試與診斷 2019年1期2019-02-27
- 基于振動(dòng)能量俘獲的無線傳感器自供能技術(shù)研究
節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，俘能器是整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的重要組成部分，可以為系統(tǒng)中的其它部件提供能量的需求。2 自供能技術(shù)自供能技術(shù)是一種通過收集周圍環(huán)境中的能量而形成的一種技術(shù)，比如振動(dòng)能量、風(fēng)能、生能、熱能以及電磁能，將這些能量轉(zhuǎn)化為電能，為無線傳感器以及其它的電子設(shè)備提供可靠、安全、穩(wěn)定以及沒有壽命限制的電能供應(yīng)技術(shù)。按照自供能技術(shù)的方式，將傳感器分為兩種：有線傳感器和無線傳感器。有線傳感器主要采用的是電池供電的方式，傳播的距離非常遠(yuǎn)，操作方便，處理靈活，在
中國設(shè)備工程 2018年22期2018-12-17
- 動(dòng)態(tài)氣體載荷下磁力輔助式壓電俘能器設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)
力效應(yīng)提升壓電俘能器獲取氣動(dòng)系統(tǒng)壓力能效率的相關(guān)研究還比較少見。此外，傳統(tǒng)機(jī)械加載預(yù)應(yīng)力的方式會(huì)大幅度降低壓電陶瓷的壽命。為了解決上述問題，本文設(shè)計(jì)一種磁力輔助式壓電俘能器。通過調(diào)節(jié)磁鐵和高壓氣體參數(shù)，研究動(dòng)態(tài)氣體載荷激勵(lì)下磁力輔助式盤型壓電俘能器的發(fā)電特性。1 設(shè)計(jì)與理論分析磁力輔助式壓電俘能器通過磁力調(diào)節(jié)盤型壓電片表面電荷分布來提高發(fā)電能力。圖1為磁力輔助式壓電俘能器原理與結(jié)構(gòu)示意圖。陶瓷壓電片由銅板基板與PZT-5H壓電陶瓷組成，容腔的中心處帶有圓形
農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2018年9期2018-09-17
- 寬頻壓電振動(dòng)俘能器的研究現(xiàn)狀綜述
的裝置稱為振動(dòng)俘能器(vibration energy harvester)。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理不同，振動(dòng)俘能器可分為壓電式、電磁式、靜電式和磁致伸縮式等類型。其中，利用壓電材料制成的壓電俘能器具有輸出能量密度大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于加工、無需外部電源、便于實(shí)現(xiàn)小型化和集成化等諸多優(yōu)點(diǎn)，受到國內(nèi)外的學(xué)者普遍關(guān)注，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。最初學(xué)者們研究的壓電俘能器大多數(shù)是以單自由度線性系統(tǒng)為基礎(chǔ)，其工作頻帶非常窄，當(dāng)外界激振頻率與系統(tǒng)固有頻率相匹配時(shí)發(fā)電性能最優(yōu)；當(dāng)激
振動(dòng)與沖擊 2018年8期2018-05-02
- 渦激振動(dòng)型水力復(fù)擺式壓電俘能器的仿真與實(shí)驗(yàn)研究
水力復(fù)擺式壓電俘能器的仿真與實(shí)驗(yàn)研究宋汝君1，單小彪2，范夢(mèng)龍2，謝 濤2(1. 山東理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，山東 淄博 255049；2. 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，哈爾濱 150001)針對(duì)低速水流的能量收集問題，提出了一種復(fù)擺式渦激振動(dòng)壓電俘能器。該俘能器由壓電懸臂梁與尾端圓柱平行連接組成，具有免予封裝絕緣，振動(dòng)響應(yīng)大，易于在低速水流中產(chǎn)生渦激共振等優(yōu)點(diǎn)。通過流-固-電耦合仿真分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方法，研究了水流流速對(duì)復(fù)擺式壓電俘能器振動(dòng)和俘能的影響
振動(dòng)與沖擊 2017年19期2017-11-06
- 雙晶壓電懸臂梁俘能器的建模與仿真*
雙晶壓電懸臂梁俘能器的建模與仿真*王新掌， 郝少帥， 許孝卓， 李紅磊(河南理工大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，河南 焦作 454000)針對(duì)雙晶片懸臂梁式壓電俘能器的優(yōu)化問題，考慮懸臂梁末端位移與質(zhì)量塊質(zhì)心位移的差異，對(duì)Roundy數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了修正。通過ANSYS有限元軟件對(duì)俘能器建模并進(jìn)行模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，當(dāng)質(zhì)量塊長度逐漸變大時(shí)，修正后數(shù)學(xué)模型對(duì)俘能器一階固有頻率和輸出電壓有更好的預(yù)測(cè)精度。研究了質(zhì)量塊形狀和負(fù)載對(duì)俘能器輸出特性的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在質(zhì)量
傳感器與微系統(tǒng) 2017年4期2017-04-12
- 壓電俘能器渦激振動(dòng)俘能的建模與實(shí)驗(yàn)研究
哈爾濱)?壓電俘能器渦激振動(dòng)俘能的建模與實(shí)驗(yàn)研究宋汝君1,單小彪1,李晉哲2,謝濤1(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院, 150001, 哈爾濱;2.東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院, 150040, 哈爾濱)針對(duì)微機(jī)電系統(tǒng)和傳感器等低能耗電子產(chǎn)品的持續(xù)供能問題,提出了一種渦激振動(dòng)式壓電俘能器。該俘能器由壓電懸臂梁和末端圓柱體組成,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可在較低水流流速下產(chǎn)生渦激共振,得到較大的能量輸出。通過數(shù)學(xué)建模和實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方法,研究了水流速度和外接電阻對(duì)壓電俘能器振動(dòng)和俘
西安交通大學(xué)學(xué)報(bào) 2016年2期2016-12-21
- 直角復(fù)合梁壓電俘能器多方向能量收集*
直角復(fù)合梁壓電俘能器多方向能量收集*王紅艷*，郭媛（齊齊哈爾大學(xué)計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾161006）提出了一種可進(jìn)行多方向能量收集的直角復(fù)合梁壓電俘能器。使用有限元分析法得到了直角復(fù)合梁壓電俘能器的功率頻響曲線，并與常規(guī)復(fù)合梁壓電俘能器進(jìn)行了發(fā)電能力比較研究，隨后參數(shù)化分析了金屬主梁長度和附加質(zhì)量對(duì)直角復(fù)合梁輸出功率的影響關(guān)系。結(jié)果表明，相比于常規(guī)的復(fù)合梁，直角復(fù)合梁壓電俘能器可以進(jìn)一步減小兩個(gè)諧振頻率之間的距離，并且在兩個(gè)激勵(lì)方向（x向和z
傳感技術(shù)學(xué)報(bào) 2016年8期2016-09-19
- 一種錯(cuò)位旋磁激勵(lì)壓電俘能器
位旋磁激勵(lì)壓電俘能器闞君武張肖逸王淑云汪彬余杰張忠華何恒錢浙江師范大學(xué)，金華，321004為解決現(xiàn)有旋磁激勵(lì)壓電俘能器動(dòng)磁鐵與定磁鐵正對(duì)激勵(lì)時(shí)易發(fā)生碰撞的問題，提出一種錯(cuò)位旋磁激勵(lì)的壓電俘能器，并進(jìn)行了磁力耦合仿真分析以及動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)速/徑向激勵(lì)距離/壓電振子端部附加質(zhì)量等對(duì)俘能器發(fā)電性能影響的測(cè)試試驗(yàn)。結(jié)果表明:動(dòng)定磁鐵錯(cuò)位配置可實(shí)現(xiàn)壓電振子的有效激勵(lì)，且存在多個(gè)使輸出電壓出現(xiàn)峰值的最佳轉(zhuǎn)速；徑向激勵(lì)距離對(duì)最佳轉(zhuǎn)速無影響，但對(duì)峰值電壓影響較大，正/負(fù)向分別存
中國機(jī)械工程 2016年16期2016-09-08
- 全叉指電極d33 模式壓電懸臂梁俘能器研究*
大的潛力。壓電俘能器是收集振動(dòng)能量的一種主要方式［1］。壓電俘能器最常用的兩種工作模式是d31模式和d33模式，d31模式采用懸臂梁結(jié)構(gòu)，d33模式通常為疊堆結(jié)構(gòu)［2］。韓國Jeon Y B 等人［3］首次提出了具有表面叉指電極的d33模式懸臂梁式壓電薄膜俘能器，其輸出電壓是相同尺寸d31模式俘能器的20 倍。上海交通大學(xué)Tang Gang 等人［4］設(shè)計(jì)并制作了d33模式壓電塊體厚膜俘能器，在15 m/s2加速度下取得了5.36 V 的輸出電壓和7.18
傳感器與微系統(tǒng) 2015年11期2015-04-01