一種新型分體式壓電俘能器研究.pdf

1、微電子系統(tǒng)以其便攜和功能繁多的特點(diǎn)，在我們?nèi)粘Ｉ钪衅鸬皆絹碓街匾淖饔?。隨著MEMS和超大集成電路低能耗設(shè)計(jì)技術(shù)的飛速發(fā)展，許多微電子器件能耗降至幾百甚至幾十微瓦。這使得我們可從日常環(huán)境中俘獲能量，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)化學(xué)電池，為微電子設(shè)備供能。壓電材料具有優(yōu)良的力電耦合性能，適合制造一種俘獲環(huán)境中機(jī)械能并將之轉(zhuǎn)化為電能的壓電器件，我們將其稱為壓電俘能器。近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對壓電俘能展開了廣泛的研究。
　　基于對已有研究的分析，本文歸納

2、并總結(jié)現(xiàn)有壓電俘能器設(shè)計(jì)所存在的缺陷，創(chuàng)新性地提出分體式壓電俘能器設(shè)計(jì)理念。通過理論研究與仿真模擬相結(jié)合的形式，對所設(shè)計(jì)的壓電俘能器結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。并模擬人行荷載下俘能器的功率輸出情況，證明俘能器結(jié)構(gòu)的合理性與實(shí)用性。
　　具體研究成果有以下幾點(diǎn):
　　(1)通過分析和總結(jié)已有壓電俘能器結(jié)構(gòu)傳力路徑，闡明結(jié)構(gòu)剛度與俘能效率存在的必然矛盾，并綜合俘能器設(shè)計(jì)中其它常見缺點(diǎn)，創(chuàng)新地提出一種新型分體式壓電俘能器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
　

3、　(2)以線性壓電理論為基礎(chǔ)，結(jié)合本文壓電俘能器幾何傳力特性，推導(dǎo)出壓電俘能器在簡諧荷載作用下電壓幅值與平均功率的解析解。通過數(shù)值分析，指出俘能器中壓電材料幾何參數(shù)如何選取更合理。
　　(3)通過ANSYS仿真模擬，對模型結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)一步分析，得出仿真模擬值低于解析解數(shù)值是由于材料并非完全剛體所導(dǎo)致的結(jié)論。對傳力塊尺寸進(jìn)行參數(shù)討論，取得較好優(yōu)化效果。
　　(4)通過ANSYS仿真模擬可得:一個(gè)體重為60kg的行人單步荷載在俘能