Cymbal压电振动能量采集器的发电性能研究

【摘要】：在我们的生活环境中，存在各种各样低频的振动，如铁路轨道与桥梁公路的振动、车子船舶行进时的振动、家用电器工作时的振动等，这些振动能量一般都以热损耗的方式消散在工业环境当中。而压电材料具有机电能量转换的特性，可将振动能转换成电能，以达到能源回收再利用的目的。有鉴于此，本文针对Cymbal圆盘式结构的压电振动能量采集器展开研究，主要研究内容有： 1、以压电效应和压电方程理论为基础，介绍了压电振动能量采集器的工作原理，建立了Cymbal压电振子的压电发电数学模型与机电等效电路。 2、利用有限元软件ANSYS对Cymbal压电振子的发电性能进行了分析。得到了Cymbal压电振子的结构参数对其谐振频率与输出电压的影响关系，以及外加负载与载荷对Cymbal压电振子的输出电压、输出功率的影响关系。在此基础上，提出了针对单个Cymbal压电振子结构优化设计的方案。 3、鉴于对单个振子的输出特性、外界振动源的频率特性以及振子在工业环境中的挂载方式等多个因素的考虑，本文分析并设计了多振子级联结构与多振子叠层结构的Cymbal压电振子，在此基础上，设计了后续的能量存储与转换电路，构建了基于Cymbal结构的压电发电系统。