曲柄连杆式介电弹性体俘能器的旋转能量获取机理与性能研究
发布时间：2022-01-12 09:29
近几十年来,为了俘获广泛的旋转能量,研究人员主要利用电磁感应,压电效应,静电感应和摩擦电效应等基本原理开发了各式旋转能量采集设备,但是这些能量采集装置均存在输出功率低、适应性较差等问题。当前,一种介电弹性体发电机（Dielectricelastomergenerator,DEG）得到越来越多的研究者关注。相比于其他能量转换机制的旋转能量采集器,DEG具有更多的优势,例如高输出功率和输出电压。但是由于DEG的研究起步较晚,介电弹性体（Dielectric elastomer,DE）的旋转能量采集研究相对较少,因此本文提出了一种曲柄连杆式介电弹性体发电机,论文的主要研究工作如下:（1）本文首先研究刚性小球接触圆形介电弹性体薄膜的面外变形力学行为,并通过实验与数值仿真分析了一些关键参数对面外变形力学行为的影响。（2）在此基础上,分别对球面接触式DEG和圆盘连接式DEG的能量采集性能进行了详细分析,并通过两者的能量采集性能对比发现,圆盘连接式DEG具有显著优越性。（3）基于具有优越性的圆盘连接式DEG,结合能够把旋转运动转换为直线往复运动的曲柄连杆机构,提出了一种能够俘获旋转能量的DEG模型,...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３驻极体ＤＥＧ设计原型??Ｆｉｇ?１．３?Ｔｈｅ?ｄｅｓｉｇｎ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｌｅｃｔｒｅｔ?ＤＥＧ．??
?第１章引言???结构能够以机械振动的形式收集风能。??（ａ）??々??＼?ｙｉｙ??ｉ?：——？??Ｌ—ｉ—１?，：?－Ｉ：＇．．?／－＇（Ｉ）??（ｂ）??，－＼ｆｉ?．．．?？??图１．６碰撞－振动式ＤＥＧ系统（ａ）水平状态；（ｂ）倾斜状态??Ｆｉｇ?１．６?Ｔｈｅ?ｖｉｂｒｏ－ｉｍｐａｃｔ?ＤＥＧ?ｓｙｓｔｅｍ?（ａ）?ｔｈｅ?ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?ｓｔａｔｅ；?（ｂ）?ｔｈｅ?ｉｎｃｌｉｎｅｄ?ｓｔａｔｅ．??（ａ）???￣?ｔｂ）?，＿－??Ｃａｎｌｔｌｅｖｃｒ?ｂｏｉｉｍ?＂???：????＼?ｎ?＇?ｉ?丄丨「??Ｂａｓｅ—？?Ｌｒ?ｗ．??／Ｌ?ｎ?ｗ＂！ｄ?－＇？＇ｒ?—??Ｖｉｂｒｏ－ｉｉｔｉｐａｃｔ?ＤｆＸｒ?ｆ?＾?＊??图１．７嵌在钝体中碰撞－振动式ＤＥＧ系统（ａ）系统结构；（ｂ）碰撞－振动式ＤＥＧ??Ｆｉｇ?１．７?Ｔｈｅ?ｖｉｂｒｏ－ｉｍｐａｃｔ?ＤＥＧ?ｓｙｓｔｅｍ?ｅｍｂｅｄｄｅｄ?ｉｎｔｏ?ａ?ｂｌｕｆｆ?ｂｏｄｙ?（ａ）?ｓｙｓｔｅｍ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；?（ｂ）?ｖｉｂｒｏ－??ｉｍｐａｃｔ?ＤＥＧ．??Ｊｅａｎ－Ｍｉｓｔｒａｌ等人［１７１提出了实现人体运动能量的ＤＥＧ系统，如图１．８所示。该??模型利用人体运动时大腿和小腿之间的弯曲驱动ＤＥＭ变形和恢复，从而实现人体??运动能量向电能的转换。从图中也可以看出，该模型本质上是将人体大腿和小腿间??局部旋转的能量转换为电能，是一种能够实现旋转能量收集的ＤＥＧ装置，因此为??适用于旋转能量收集的ＤＥＧ的设计和开发提供了一定的指导思路。此外
?第１章引言???种指导思路。目前，相比于其他能量俘获ＤＥＧ系统，以旋转能量收集的ＤＥＧ系??统或以机械旋转形式获取其他能量的ＤＥＧ系统的研究成果并不丰富，因此还需要??对这类装置进行深入研究。??二：？Ｆ??图１．８采集旋转能量的ＤＥＧ系统??Ｆｉｇ?１．８?Ｔｈｅ?ＤＥＧ?ｓｙｓｔｅｍ?ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ?ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ?ｅｎｅｒｇｙ．??⑷?（ｂ）??’’?ｙ?ｊｌ??／?／?Ｌｉｌ?Ａｆ?ｍｏｔｏｒ??，ｒＴ（｜??：：１?＝屬??？１?Ｐｅｎｄｕｌｕｍ?｜?；?ｆ??丨，１?￥?－??Ｍａｓｓ?ｍ?＾?ｇｕｉｄｅ?ｗａｙ?，?＞｜?｜??图１．９?（ａ）软摆式ＤＥＧ模型；（ｂ）软摆式ＤＥＧ原型??Ｆｉｇ?１．９?（ａ）?Ｔｈｅ?ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＤＥ－ｂａｓｅｄ?ｐｅｎｄｕｌｕｍ；?（ｂ）?ｔｈｅ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＤＥ－ｂａｓｅｄ?ｐｅｎｄｕｌｕｍ．??１．４现有研究存在的问题??通过以上介绍，我们发现目前与ＤＥＧ的相关研宄还存在许多未解决的问题，??主要包括：在ＤＥ材料拉伸变形形式方面，除单、双轴拉伸，面外拉伸研宄还不够??完善；在ＤＥＧ的应用基础研宄方而，实现ＤＥＧ內发电的距离较为遥远以及俘获??旋转能量的ＤＥＧ系统研宂很少。本文重点解决以下两个方而的问题：??１）ＤＥ材料面外变形研宄不足。相比于ＤＥ材料在单、双轴拉伸的研宄，面外??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]摩擦发电装置制备与分析[J]. 孙雄飞,郭建生,张志,罗康佳. 产业用纺织品. 2018(04)
[2]介电弹性体发电机机电转换的非线性方法研究[J]. 刘爱飞,鄂世举,曹建波,金丽丽,葛彩军,江孝琪. 机电工程. 2016(02)
[3]一个新的自由能函数对介电高弹薄膜的多组等双轴预拉伸下力电耦合实验的预测[J]. 蒋世明. 物理学报. 2015(18)
[4]悬臂梁压电振子宽带低频振动能量俘获的随机共振机理研究[J]. 陈仲生,杨拥民. 物理学报. 2011(07)
本文编号：3584531
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３驻极体ＤＥＧ设计原型??Ｆｉｇ?１．３?Ｔｈｅ?ｄｅｓｉｇｎ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｌｅｃｔｒｅｔ?ＤＥＧ．??
?第１章引言???结构能够以机械振动的形式收集风能。??（ａ）??々??＼?ｙｉｙ??ｉ?：——？??Ｌ—ｉ—１?，：?－Ｉ：＇．．?／－＇（Ｉ）??（ｂ）??，－＼ｆｉ?．．．?？??图１．６碰撞－振动式ＤＥＧ系统（ａ）水平状态；（ｂ）倾斜状态??Ｆｉｇ?１．６?Ｔｈｅ?ｖｉｂｒｏ－ｉｍｐａｃｔ?ＤＥＧ?ｓｙｓｔｅｍ?（ａ）?ｔｈｅ?ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?ｓｔａｔｅ；?（ｂ）?ｔｈｅ?ｉｎｃｌｉｎｅｄ?ｓｔａｔｅ．??（ａ）???￣?ｔｂ）?，＿－??Ｃａｎｌｔｌｅｖｃｒ?ｂｏｉｉｍ?＂???：????＼?ｎ?＇?ｉ?丄丨「??Ｂａｓｅ—？?Ｌｒ?ｗ．??／Ｌ?ｎ?ｗ＂！ｄ?－＇？＇ｒ?—??Ｖｉｂｒｏ－ｉｉｔｉｐａｃｔ?ＤｆＸｒ?ｆ?＾?＊??图１．７嵌在钝体中碰撞－振动式ＤＥＧ系统（ａ）系统结构；（ｂ）碰撞－振动式ＤＥＧ??Ｆｉｇ?１．７?Ｔｈｅ?ｖｉｂｒｏ－ｉｍｐａｃｔ?ＤＥＧ?ｓｙｓｔｅｍ?ｅｍｂｅｄｄｅｄ?ｉｎｔｏ?ａ?ｂｌｕｆｆ?ｂｏｄｙ?（ａ）?ｓｙｓｔｅｍ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；?（ｂ）?ｖｉｂｒｏ－??ｉｍｐａｃｔ?ＤＥＧ．??Ｊｅａｎ－Ｍｉｓｔｒａｌ等人［１７１提出了实现人体运动能量的ＤＥＧ系统，如图１．８所示。该??模型利用人体运动时大腿和小腿之间的弯曲驱动ＤＥＭ变形和恢复，从而实现人体??运动能量向电能的转换。从图中也可以看出，该模型本质上是将人体大腿和小腿间??局部旋转的能量转换为电能，是一种能够实现旋转能量收集的ＤＥＧ装置，因此为??适用于旋转能量收集的ＤＥＧ的设计和开发提供了一定的指导思路。此外
?第１章引言???种指导思路。目前，相比于其他能量俘获ＤＥＧ系统，以旋转能量收集的ＤＥＧ系??统或以机械旋转形式获取其他能量的ＤＥＧ系统的研究成果并不丰富，因此还需要??对这类装置进行深入研究。??二：？Ｆ??图１．８采集旋转能量的ＤＥＧ系统??Ｆｉｇ?１．８?Ｔｈｅ?ＤＥＧ?ｓｙｓｔｅｍ?ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ?ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ?ｅｎｅｒｇｙ．??⑷?（ｂ）??’’?ｙ?ｊｌ??／?／?Ｌｉｌ?Ａｆ?ｍｏｔｏｒ??，ｒＴ（｜??：：１?＝屬??？１?Ｐｅｎｄｕｌｕｍ?｜?；?ｆ??丨，１?￥?－??Ｍａｓｓ?ｍ?＾?ｇｕｉｄｅ?ｗａｙ?，?＞｜?｜??图１．９?（ａ）软摆式ＤＥＧ模型；（ｂ）软摆式ＤＥＧ原型??Ｆｉｇ?１．９?（ａ）?Ｔｈｅ?ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＤＥ－ｂａｓｅｄ?ｐｅｎｄｕｌｕｍ；?（ｂ）?ｔｈｅ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＤＥ－ｂａｓｅｄ?ｐｅｎｄｕｌｕｍ．??１．４现有研究存在的问题??通过以上介绍，我们发现目前与ＤＥＧ的相关研宄还存在许多未解决的问题，??主要包括：在ＤＥ材料拉伸变形形式方面，除单、双轴拉伸，面外拉伸研宄还不够??完善；在ＤＥＧ的应用基础研宄方而，实现ＤＥＧ內发电的距离较为遥远以及俘获??旋转能量的ＤＥＧ系统研宂很少。本文重点解决以下两个方而的问题：??１）ＤＥ材料面外变形研宄不足。相比于ＤＥ材料在单、双轴拉伸的研宄，面外??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]摩擦发电装置制备与分析[J]. 孙雄飞,郭建生,张志,罗康佳. 产业用纺织品. 2018(04)
[2]介电弹性体发电机机电转换的非线性方法研究[J]. 刘爱飞,鄂世举,曹建波,金丽丽,葛彩军,江孝琪. 机电工程. 2016(02)
[3]一个新的自由能函数对介电高弹薄膜的多组等双轴预拉伸下力电耦合实验的预测[J]. 蒋世明. 物理学报. 2015(18)
[4]悬臂梁压电振子宽带低频振动能量俘获的随机共振机理研究[J]. 陈仲生,杨拥民. 物理学报. 2011(07)
本文编号：3584531
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3584531.html
