磁力耦合式壓電振動(dòng)俘能器的研究.pdf

1、利用壓電振動(dòng)俘能器為微功率電子產(chǎn)品及微小型遠(yuǎn)程傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電，已成為諸多領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)實(shí)環(huán)境中的振源頻率通常較低，而壓電振動(dòng)俘能器自身的基頻通常較高，端部集中質(zhì)量的方法又容易對(duì)壓電振子造成損毀。為使壓電振動(dòng)俘能器的基頻與環(huán)境振動(dòng)頻率相適應(yīng)，從而提高發(fā)電能力，本文提出利用磁力耦合作用的方法構(gòu)造懸臂梁式壓電振動(dòng)俘能器，并從理論及試驗(yàn)兩方面進(jìn)行了研究，獲得了不同磁力耦合方式（磁鐵的配置方式及其作用力形式）下俘能器的發(fā)電性能及其影響因素，

2、具體內(nèi)容如下:
　　1.壓電懸臂梁是壓電振動(dòng)俘能器的關(guān)鍵元件，其性能的好壞直接影響壓電振動(dòng)俘能器的發(fā)電能力。利用壓電學(xué)及材料力學(xué)的相關(guān)理論知識(shí)，針對(duì)恒定作用力和恒定位移量?jī)煞N不同激勵(lì)形式，分別建立了單晶、雙晶壓電懸臂梁機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的理論模型，并進(jìn)行了數(shù)值模擬仿真分析，獲得了兩種不同載荷狀態(tài)下壓電梁結(jié)構(gòu)（金屬基板厚度、壓電晶片厚度及金屬基板厚度與壓電振子總厚度比）與材料參數(shù)（壓電晶片與基扳材料楊氏模量比）對(duì)其發(fā)電能力的影響規(guī)律。當(dāng)分

3、別給定壓電晶片厚度、金屬基板厚度或壓電懸臂梁總厚度時(shí)，在不同的載荷形式下存在不同的壓電梁結(jié)構(gòu)和最佳材料參數(shù)使壓電懸臂梁的開路電壓及輸出電能達(dá)到最大。
　　2.建立了磁勵(lì)耦合式壓電振動(dòng)俘能器的理論分析模型，研究了磁剛度與磁鐵間磁力作用形式（吸引或排斥）對(duì)壓電振動(dòng)俘能器動(dòng)態(tài)性能的影響關(guān)系;利用定量分析方法中的諧波平衡法，近似地解出了其穩(wěn)態(tài)響應(yīng)及相位差，并進(jìn)行了磁力耦合式壓電振動(dòng)俘能器的幅頻相頻特性分析;著重研究了磁力耦合式壓電振動(dòng)俘能

4、器的開路電壓特性，從理論上獲得了壓電振動(dòng)俘能器的最佳工作頻率與磁力作用形式之間的關(guān)系。當(dāng)磁力的作用形式為排斥時(shí)，壓電振動(dòng)俘能器的最佳工作頻率降低;當(dāng)磁力的作用形式為吸引時(shí)，壓電振動(dòng)俘能器的最佳工作頻率升高。
　　3.采用同一個(gè)壓電振子及相同型號(hào)的永磁鐵，構(gòu)造了3類10種結(jié)構(gòu)的磁力耦合式壓電俘能器（即，單磁鐵垂直耦合、雙磁鐵對(duì)稱垂直耦合及單磁鐵水平橫向耦合;作用力分別為排斥/吸引、雙磁鐵同時(shí)排斥/吸引、雙磁鐵吸引與排斥相結(jié)合），并分