直激式壓電風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究.pdf

1、相比于電磁、靜電等發(fā)電原理或方法，壓電發(fā)電具有能量密度高、響應(yīng)快、無電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，且易于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的微小化與集成化，故在振動及流體等能量回收方面具有廣泛的應(yīng)用前景。為滿足弱風(fēng)環(huán)境下微功率傳感監(jiān)測系統(tǒng)的自供電需求，本文提出直激式壓電風(fēng)力發(fā)電機(jī)，并從理論和試驗(yàn)兩方面對其輸出特性進(jìn)行了研究。具體研究工作如下:
　　1.建立了單體壓電振子、單體壓電振子自由端添加附加質(zhì)量及柔性梁結(jié)構(gòu)的模型并進(jìn)行了仿真與對比分析，獲得了給定風(fēng)速下單體壓電振

2、子結(jié)構(gòu)尺度對變形量及應(yīng)力的影響規(guī)律，以及壓電振子端部添加附加質(zhì)量或柔性梁對固有頻率的影響規(guī)律。結(jié)果表明，單體壓電振子一階固有頻率較高，很難在較低風(fēng)激勵下達(dá)到共振狀態(tài);適當(dāng)增加壓電振子長度以及在單體壓電振子自由端添加附加質(zhì)量或柔性梁的方法可有效降低一階固有頻率，從而匹配不同風(fēng)速、改善發(fā)電性能。
　　2.利用渦激振動和振動分析理論，建立了壓電風(fēng)力發(fā)電機(jī)的振動響應(yīng)模型，并進(jìn)行了仿真與分析，獲得了迎風(fēng)角、附加質(zhì)量及風(fēng)速對其發(fā)電特性以及渦激

3、頻率的影響規(guī)律。結(jié)果表明，其它條件確定時，存在最佳迎風(fēng)角、最佳附加質(zhì)量及最佳風(fēng)速使發(fā)電機(jī)的輸出電壓最大，并且上述各最佳參數(shù)相互影響。
　　3.為驗(yàn)證發(fā)電機(jī)回收風(fēng)能的可行性以及理論分析的正確性，設(shè)計(jì)制作了壓電風(fēng)力發(fā)電機(jī)樣機(jī)，搭建了試驗(yàn)測試系統(tǒng)、并進(jìn)行了試驗(yàn)測試;獲得了迎風(fēng)角、附加質(zhì)量、柔性梁尺度及風(fēng)速等對發(fā)電機(jī)輸出性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明，在壓電振子端部添加附加質(zhì)量和柔性梁可有效地改善發(fā)電機(jī)的輸出性能，確實(shí)存在最佳附加質(zhì)量、迎風(fēng)角及