定质量分数交变气体载荷激励下压电阵列发电机实验

提出一种定质量分数交变气体载荷激励的盘型压电阵列发电机,设计了盘型压电阵列发电机的样机结构并对压电阵列的工作原理进行了分析,理论分析结果表明盘型压电片具有良好的承载能力,适合对具有较高压力的气体能量进行收集,压电发电量是由气体压缩过程中的体积压缩量、压缩速度、供气压力、周期及流量等多种要素共同决定的。对盘型压电片进行了有限元仿真分析,分析结果表明盘型压电片适合对高压气体载荷进行能量收集与转换,压电材料的微小变形就可输出较大的电压。采用外径为12 mm、厚度为0.2 mm的压电单晶片及缸径为63 mm、行程为150 mm的气缸设计了实验样机,利用气动组件来模拟气体环境搭建测试系统。分别调节压力、周期、流量等参数进行了实验测试。实验结果表明,当压力固定时,随着流量的增加峰值电压逐渐升高,盘型压电片并联式具有较好的效果,当5片压电片并联时最佳匹配电阻为3 MΩ且最大的瞬时功率为6.53μW,输出功率可满足低功耗传感器的能量需求。

密闭环境气流冲击式压电阵列发电性能实验研究

为实现高压密闭环境的气体能量收集并提高能量转化效率,提出了一种气流冲击式压电阵列发电机。利用压电材料的正压电效应并结合压电本构方程对压电发电机理进行分析,结果表明在高压气体环境下可采用盘型压电片进行气体能量收集,且压电片外圆周需进行机械夹紧固定。设计并制作了一种压电发电阵列实验样机,搭建了实验测试系统。以高压气体为激励源对不同流量、周期及负载条件的改变进行了实验测试。实验结果表明,峰值电压与流量成正比,随着周期的增加峰值电压有小幅度的增长趋势,压电阵列在电学并联的情况下具有最佳的功率输出性能,当周期为0.8 s、流量为200 L/min、压力为0.3 MPa时最佳的输出功率是0.99 mW。

摩擦纳米发电机在自驱动微系统研究中的现状与展望

摩擦纳米发电机由王中林团队2012年首次发明,是基于机械界面摩擦起电与静电感应耦合效应的新能源技术,具有轻薄、柔性、选材广的特点,可收集人体与环境中的微小机械能,不但是一个微能源产生的新方法,更是机械传感的新途径。详述了摩擦纳米发电的机理、特性与理论模型。介绍了几种提高摩擦发电性能的微纳制造方法。综述了一系列基于摩擦电的微机械传感器、执行器和自驱动微系统,及其在柔性机械、智能装备和无线传感等领域的应用研究。对摩擦电自驱动微系统目前存在的问题做出了分析与讨论,展望了其未来的研究趋势。