壓電懸臂梁振動(dòng)能量收集器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn).pdf

1、近年來,壓電能量收集技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注。作為長(zhǎng)期甚至無限生命周期的自主供電系統(tǒng),壓電能量收集器在一些不便更換電池或者希望避免電池更換的場(chǎng)合具有廣闊的發(fā)展空間。然而,其輸出功率仍然偏小,尚不能滿足實(shí)際應(yīng)用。
　　為提高壓電能量收集器的輸出功率,本文從壓電振動(dòng)能量收集器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)入手,對(duì)壓電能量收集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和能量收集電路兩個(gè)方面具體分析,設(shè)計(jì)了提高能量收集器件性能的幾種結(jié)構(gòu)并進(jìn)行了理論及實(shí)驗(yàn)研究。
　　首先,針對(duì)不同形

2、狀基板和不同形狀壓電片的單壓電片式懸臂梁能量收集器的發(fā)電行為進(jìn)行了有限元建模和仿真分析,得出矩形基板和矩形壓電片為最佳模型的結(jié)論,并在此基礎(chǔ)上對(duì)壓電片和基板進(jìn)行尺寸優(yōu)化。
　　為進(jìn)一步提高壓電能量收集器的輸出功率并滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的需求,提出幾種多壓電片式能量收集器結(jié)構(gòu),主要包括壓電雙晶片懸臂梁式能量收集器、陣列式懸臂梁結(jié)構(gòu)能量收集器和基于疊層結(jié)構(gòu)的壓電能量收集器,通過理論分析及有限元仿真,得出如下結(jié)論:對(duì)壓電雙晶片懸臂梁式能量收

3、集器和陣列式懸臂梁結(jié)構(gòu)能量收集器,串聯(lián)結(jié)構(gòu)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)的最大輸出功率相等,而且串聯(lián)結(jié)構(gòu)的最佳匹配電阻為并聯(lián)結(jié)構(gòu)的4倍,同時(shí)串聯(lián)結(jié)構(gòu)的最佳輸出電壓為并聯(lián)結(jié)構(gòu)的2倍,并聯(lián)結(jié)構(gòu)的最佳輸出電流為串聯(lián)結(jié)構(gòu)的2倍。疊層結(jié)構(gòu)的輸出電流相比單片式能量收集器明顯增大。
　　在上述理論分析和仿真分析的基礎(chǔ)之上,搭建了壓電振動(dòng)能量收集器測(cè)試平臺(tái),分析設(shè)計(jì)了能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)電路,并對(duì)懸臂梁壓電能量收集器的輸出結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析、有限元仿真