懸臂梁式壓電俘能裝置設(shè)計及其實驗研究.pdf

1、壓電俘能技術(shù)作為近年來發(fā)展起來的一項新型綠色能源收集技術(shù)，其具備綠色環(huán)保、結(jié)構(gòu)簡單、壽命長和低成本等優(yōu)點，是收集自然界振動能量的有效方法之一。為了提高壓電裝置的發(fā)電效率，本文提出了一種應(yīng)用于樓梯、路面的新型壓電俘能裝置，該裝置通過來往行人的踩踏，將踩踏的部分機械能轉(zhuǎn)化為電能，并將轉(zhuǎn)化的電能通過設(shè)計的壓電俘能電路存儲至蓄電池中，為樓道應(yīng)急燈和指示牌等用電設(shè)施提供電源。
　　以正壓電效應(yīng)理論為基礎(chǔ)，對懸臂梁式壓電俘能裝置進行了數(shù)學(xué)模型

2、的建立，利用MATLAB軟件對所建模型進行了數(shù)值仿真，得出了壓電懸臂梁的結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)對其輸出電壓和電能的影響規(guī)律。
　　基于懸臂梁式壓電俘能裝置數(shù)學(xué)模型的分析結(jié)果，結(jié)合實際的應(yīng)用要求，對壓電俘能裝置進行了整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計。基于不同的蓄電池，分別設(shè)計了在不同蓄電條件下的壓電存儲電路，為該壓電俘能裝置應(yīng)用的多元化提供可能。
　　基于有限元分析方法，對設(shè)計的壓電俘能單元的核心部件（壓電振子）進行了發(fā)電性能仿真。利用ANSYS軟

3、件分析了壓電振子的結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料參數(shù)和激勵參數(shù)對壓電振子輸出電壓的影響規(guī)律，得出了壓電振子各參數(shù)選擇的方法及范圍。
　　最后建立振動實驗平臺，對加工制作出的壓電俘能單元和壓電俘能裝置樣機進行發(fā)電性能實驗，得出了不同激勵位移和激勵頻率對壓電俘能單元輸出電壓與電能的影響規(guī)律，同時還得出了壓電俘能裝置不同區(qū)域的發(fā)電效率和每次隨機踩踏該系統(tǒng)的發(fā)電能范圍。通過分析對比數(shù)學(xué)模型、有限元仿真和實驗結(jié)果三者在相同條件下的輸出電壓，得出了實驗所用壓