双稳态压电—电磁复合振动能量采集器的发电及动力学研究

发布时间：2022-01-04 20:37

　　随着微电子制造技术的快速发展及各种新型低功耗元件的出现,如何为这些低功耗产品供能成为了研究热点。传统化学电池储能有限并且对环境会造成污染,需要研究新型俘能器。由于环境中振动能量的转换效率最高,因此,将自然界中的振动能量转换为电能,并采集加以利用显得尤为重要。振动能量采集器分为压电式俘能器、电磁式俘能器和静电式俘能器。由于静电式俘能器工作需要外接电源,而无线传感器等低功耗野外工作设备无法连接外接电源,因此,静电式俘能器的应用受到了限制。压电式和电磁式俘能器工作无需外接电源,可以有效地将周围环境中的振动能量转换为电能,为低功耗元件供能。压电式与电磁式的能量转换效率较高,并且可以制作成微小型结构,符合微电子技术发展的趋势。本文基于压电式与电磁式发电原理,提出了一种新型双稳态压电-电磁复合振动能量采集器,也被称为双稳态多模式能量采集器。论文涉及到多个学科领域,包含了机械、电学、材料学和力学等众多学科的知识。本文以双稳态压电-电磁复合振动能量采集器为研究对象,理论与实验相结合分析了其发电特性与复杂的动力学行为。首先,实验研究了双稳态压电-电磁复合振动能量采集器的发电特性。验证了其发电效率高于传统... 

【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校

【文章页数】：122 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

压电地板点亮南京路LED灯Fig.1-1ThepiezoelectricfloorLightingNanjingRoadLEDLamp

北京工业大学工程硕士专业学位论文而电容值改变。当外接电源保持电压不变时，电容器极板产生的电荷发生流动，使电路中产生电能。由于这种发电方式需要外接电源，不能够完全独立的从外界环境中采集能量，因而限制了静电式发电的应用。压电式如图 1-2 b)所示，压电式发电基于压电材料的正压电效应。压电式发电具有输出能量大、结构简单、不受外界电磁干扰、无污染和易于加工等优点，并且压电式发电无需外接电源，因此得到了广泛的研究。电磁式如图 1-2 c)所示，电磁式发电是利用电磁感应定律，电磁式发电无需外接电源，并且其模型成熟，已广泛应用于发电领域。

第 1 章 绪 论合而成的。常见的压电复合材料为压电陶瓷和聚合物复合压电材料，具有较高的机电耦合系数、灵敏度和稳定性。基于压电效应的振动能量采集技术跟传统的光电转换和热能相比，压电材料有着结构简单、发电效果好、环保无污染、易于加工实现等优点在能量收集中的应用越来越普遍。压电材料在生活、交通、医疗、生物工程、军事、光电信息和能源等领域都有着更加广泛而重要的应用。近年来，压电地板开始兴起，在国内外都已投入了使用。在以色列，将压电材料铺设在马路上，每一公里预估可以发电 500 千瓦，足以供应 800 户的家庭使用。美国拉斯维加斯安装了一款路灯，将路人步行产生的动能转化为电能存储，并在傍晚自动点亮路灯，既环保又节能。下一步，美国将在费城、圣路易斯等地也安装这款动能路灯，如图 1-3 所示。

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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本文编号：3569019