从人体行走中收集能量的鞋上压电俘能器
本文选题:压电俘能器 + 压电效应 ; 参考:《光学精密工程》2017年05期
【摘要】:设计了一种安装在鞋上的压电俘能器(PEH),用于收集人体行走时产生的能量。该俘能器由4根压电悬臂梁和1个弹簧-质量系统组成。弹簧-质量系统能够感知沿径骨轴的加速度激励,并通过磁耦合驱动压电梁振动从而发电。文中通过拟合实验数据获得加速度信号表达式;然后,建立仿真模型,对俘能器的发电性能进行了仿真分析。最后,加工了实验样机,并实验测试了俘能器的发电性能。结果表明,当受到沿胫骨方向的激励时,压电梁在一个步态周期内可被弹簧-质量系统激励多次从而产生多个峰值电压;受到沿胫骨和脚面两个方向激励时,压电梁的发电性能比只受到单一方向激励时好。当步行速度为2~8km/h时,每根压电梁的峰值电压可达到10V。该俘能器能够从人体行走的超低频运动中收集能量,并能够同时收集两个方向的加速度能量,提高了压电梁的发电性能。
[Abstract]:A kind of piezoelectric energy capture device (PEH) mounted on shoes is designed to collect the energy generated by human walking. It consists of four piezoelectric cantilever beams and a spring-mass system. The spring-mass system can sense the acceleration excitation along the radial bone axis and generate electricity by magnetic coupling driving the piezoelectric beam vibration. The acceleration signal expression is obtained by fitting the experimental data, and then the simulation model is established to simulate the generation performance of the energy capture device. Finally, the experimental prototype is machined and the power generation performance of the energy capture device is tested experimentally. The results show that when the piezoelectric beam is excited along the tibia direction, the piezoelectric beam can be excited multiple times by the spring-mass system in a gait cycle, and when the piezoelectric beam is excited along the tibia and the foot surface, The generation performance of piezoelectric beam is better than that of single direction excitation. When the walking speed is 2~8km/h, the peak voltage of each piezoelectric beam can reach 10 V. The energy capture device can collect energy from the ultra-low frequency motion of the human body and simultaneously collect the acceleration energy in both directions, thus improving the generation performance of the piezoelectric beam.
【作者单位】: 西安电子科技大学机电工程学院;
【基金】:陕西省自然科学基础研究计划资助项目(No.2015JM5193) 国家自然科学基金资助项目(No.51205302)
【分类号】:TM619
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,本文编号:1909907
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