基于气动系统压力变化的单端约束型压电能量转换器研究

发布时间：2023-04-06 19:29

　　随着《中国制造2025》对我国制造业智能化、无线化发展方向的明确表示,大量的无线传感器逐渐被引入到气动系统中以实现对普通传感器的替代。但是,应用在气动系统中无线传感器的供电方式以蓄电池供电为主,大量蓄电池的频繁更换带来了污染环境以及人力资源浪费等问题。本课题基于以上背景,提出了一种应用在气动系统中的压电能量转换器,安装在气缸进排气管路两侧,将气动系统中的气体压力能转化为电能并储存于蓄电池,进而有效延长其使用寿命,达到其为无线传感器持续供能的目的。论文首先对气压加载下双晶PZT压电片的数学模型进行了建立,通过理论分析比较和确定了压电片在转换器容腔内的约束形式,并进一步得到了压电片的最佳形状和排布方式。提出了影响电能输出的主要参数及其影响规律,为后续通过仿真进行性能分析提供了指导。其次,在理论分析的基础上,结合转换器的实际应用环境,对压电片结构进行改进,解决其密封问题。对于不规则形状,不便用公式进行理论分析的复杂结构进一步结合仿真进行研究,对压电片结构中的基板、压电片和薄膜等重点结构中的关键参数进行了分析与改进,并得到了相关参数对发电性能的影响规律。将理论部分与仿真部分相结合,提出了在不同...

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的来源
    1.2 课题背景及研究的目的和意义
    1.3 国内外研究现状及分析
        1.3.1 压电俘能装置的国外发展现状
        1.3.2 压电俘能装置的国内发展现状
        1.3.3 国内外研究现状综述与简析
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 气压加载双晶压电片建模及发电性能分析
    2.1 引言
    2.2 均布载荷双晶压电片的工作原理
    2.3 均布载荷下双晶压电片数学模型的建立
        2.3.1 矩形半约束结构压电片的数学建模
        2.3.2 圆形全约束结构压电片的数学建模
        2.3.3 两种约束形式压电片发电性能对比
    2.4 不同形状压电片对发电性能的影响
    2.5 三角形半约束压电片的中心角度对发电性能的影响
    2.6 基板材料与厚度对发电性能的影响
    2.7 本章小结
第3章 关于单端约束型压电片结构影响的性能研究
    3.1 引言
    3.2 单端约束双晶压电片形状对发电性能的影响
    3.3 双晶压电片结构参数的仿真研究
        3.3.1 压电片结构仿真模型的建立
        3.3.2 基板截面形状对发电效果的影响
        3.3.3 薄膜对发电效果的影响
        3.3.4 压电片形状对发电效果的影响
        3.3.5 不同厚度与材料下基板的应力分析
    3.4 圆形与改进后扇形压电片结构发电性能对比
    3.5 本章小结
第4章 压电能量转换器对气动系统的影响
    4.1 引言
    4.2 压电能量转换器的基本结构及原理
    4.3 压电能量转换器内部容腔的最大安装个数
    4.4 气动系统仿真模型的搭建
        4.4.1 搬运工况的仿真模型搭建
        4.4.2 提升工况的仿真模型搭建
        4.4.3 夹紧工况的仿真模型搭建
    4.5 压电容腔及相关气管对气动系统的影响
        4.5.1 搬运工况中的影响情况
        4.5.2 提升工况中的影响情况
        4.5.3 夹紧工况中的影响情况
    4.6 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3784281