旋磁激勵(lì)式圓形壓電振子發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn).pdf

1、隨著對(duì)壓電研究的不斷深入，特定環(huán)境下的應(yīng)用研究已成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。為滿足旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)的自供電傳感檢測(cè)，提出一種旋磁激勵(lì)式圓形壓電振子發(fā)電機(jī)，介紹了其結(jié)構(gòu)原理，并從理論和試驗(yàn)進(jìn)行了研究，得到了影響其發(fā)電性能的關(guān)鍵因素，并對(duì)其輸出特性進(jìn)行了研究，具體內(nèi)容如下:
　　1.針對(duì)現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)的不足，提出一種利用旋轉(zhuǎn)磁鐵激勵(lì)的高強(qiáng)度、寬頻帶、高發(fā)電能力的圓形壓電發(fā)電機(jī)，圓形壓電振子是旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換部件，其結(jié)構(gòu)、參數(shù)、邊

2、界條件、動(dòng)態(tài)特性及振動(dòng)形態(tài)對(duì)發(fā)電能力、頻帶寬度、輸出功率等均有較大影響，建立了圓形壓電振子能量轉(zhuǎn)換的理論模型，對(duì)固支邊界條件下圓形壓電振子在集中載荷作用下的發(fā)電性能進(jìn)行建模仿真分析，具體研究了壓電振子厚度比、半徑比和材料楊氏模量比等對(duì)其發(fā)電能力的影響規(guī)律，為壓電振子的選擇提供理論依據(jù)。
　　2.旋磁激勵(lì)式圓形壓電發(fā)電機(jī)的激振力來(lái)源于永磁鐵間的磁力，對(duì)永磁鐵間磁力進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算，通過(guò)COMSOL Multiphysics仿真及不同間隙

3、比下磁力測(cè)試，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，得出了旋磁激勵(lì)圓形壓電振子發(fā)電機(jī)的磁力簡(jiǎn)化公式，結(jié)合圓形壓電振子響應(yīng)規(guī)律與輸出電壓特性得到影響壓電發(fā)電機(jī)輸出電壓的主要因素，磁鐵間距主要通過(guò)改變磁鐵間激振力來(lái)改變輸出特性，轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速主要通過(guò)改變壓電陶瓷響應(yīng)來(lái)影響其輸出特性，為發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)制作提供了依據(jù)。
　　3.建立了旋磁激勵(lì)式圓形壓電振子發(fā)電機(jī)模型，介紹了其工作原理，根據(jù)以上分析及仿真結(jié)果，選擇適合的壓電振子，搭建了試驗(yàn)平臺(tái)。測(cè)試了磁鐵間距及

4、壓電振子厚度等對(duì)壓電振子一次受激所產(chǎn)生的最大輸出電壓及總能量的影響規(guī)律，結(jié)果表明，在其它條件確定時(shí)，增加磁鐵尺度或減小磁鐵間距均可有效提高發(fā)電機(jī)輸出電壓及頻帶寬度，此外，壓電振子厚度對(duì)其輸出電壓及總發(fā)電量均有較大影響，低轉(zhuǎn)速時(shí)采用薄壓電振子、高轉(zhuǎn)速時(shí)采用厚壓電振子有助于提高發(fā)電與供電能力。測(cè)試了旋轉(zhuǎn)磁鐵數(shù)量（間隙）對(duì)激振力及壓電振子發(fā)電特性的影響規(guī)律，結(jié)果表明，其它條件確定的情況下，存在使激振力最大的最佳旋轉(zhuǎn)磁鐵間隙比，此外，壓電振子一

5、次激勵(lì)所生成電能（波形數(shù)量及幅值）還與旋轉(zhuǎn)磁鐵數(shù)量及轉(zhuǎn)速有關(guān)，并通過(guò)輸出電壓的波形對(duì)發(fā)電機(jī)的整體性能進(jìn)行了比較。
　　4.每一個(gè)壓電振子都對(duì)應(yīng)一個(gè)較好轉(zhuǎn)速，使其發(fā)電量及輸出功率最大，且隨壓電振子厚度降低最佳轉(zhuǎn)速降低、而電能及功率增加，選擇輸出電壓較好的磁鐵配置，在不同轉(zhuǎn)速下對(duì)電容充電，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，電容兩端電壓均達(dá)到穩(wěn)定，不同的是隨著轉(zhuǎn)速增大，充電速率加大且穩(wěn)定后電容兩端電壓隨著增大，在功率測(cè)試的試驗(yàn)中，同一壓電振子在不同轉(zhuǎn)速下