新型多层悬臂梁压电发电装置发电性能研究

为了提高压电发电装置的发电能力,设计一种新型蝴蝶式多层悬臂梁压电发电装置。基于ANSYS 12.0有限元软件,建立三层悬臂梁压电发电装置的有限元模型,对装置进行了静力分析以及模态分析。有限元分析结果表明,该多层发电装置每一层的应力和变形规律基本一致,符合悬臂梁结构的典型特征。在此基础上,建立单层悬臂梁的压电耦合有限元模型,分析每一层悬臂梁模型的固定端(基座)在承受外界激励载荷作用时的电压分布和电压响应曲线。制作了三层压电发电装置,并对装置的应力、固有频率和开路输出电压进行了试验测试,试验测试结果与仿真结果基本吻合。对单层压电悬臂梁在不同外界激振频率和振幅作用下的发电性能影响规律进行了试验与仿真研究。结果表明:该蝴蝶式多层悬臂梁压电发电装置在受到频率为38 Hz,振幅为1.25 mm的环境振动载荷作用时,具有最佳的发电性能。

压电悬臂梁发电机能量转换效率研究

为提高车轮轮毂振动下的压电悬臂梁发电机能量转换效率,根据哈密顿原理建立了发电机能量转换效率模型,利用数值模拟和试验分析的方法研究了发电机结构尺寸和材料特性对其能量转换效率的影响规律。研究表明,金属基板过厚或太薄、杨氏模量太小都不利于提高发电机的能量转换效率。在金属基板材料不同时,存在一个最佳厚度比(金属基板与总厚度之比)使发电机能量转换效率最高,铜、铝、钼3种金属基板材料的发电机最佳厚度比分别为0.67、0.72、0.45;在相同厚度比(0.5)条件下,钼基板的发电机能量转换效率较高,随着杨氏模量比(金属基板的杨氏模量与陶瓷的杨氏模量之比)的增大,发电机能量转换效率增高,但当杨氏模量比大于4时,发电机的能量转换效率变化不明显。

提高振动发电机充电效率实验研究

为提高压电单晶悬臂梁振动发电机充电效率,建立集能量捕获存储于一体的振动发电储能系统,测试了同一规格陶瓷片贴于梁不同位置发电机的发电与充电性能,试验发现:在一阶与二阶振动模态下,各存在一个最佳粘贴位置可使发电机充电效率得到显著提高。在一阶模态下,陶瓷片贴于悬臂梁根部时,发电机充电时间最短;对于二阶模态,陶瓷片贴于梁中间位置的发电机充电最快,并可使电池获得更高的电压。在不同模态下,提高发电机充电效率的一个有效方法是改善陶瓷片贴片位置。