Rainbow型压电换能结构的有限元分析与实验

提出了一种换能部分采用新颖的Rainbow型压电结构的多方向振动能量收集装置。为了分析和测试Rainbow型压电换能结构的发电性能,对该装置进行了有限元分析和实验测试。有限元分析表明,金属基片的宽度与厚度、压电薄膜的宽度与长度及换能结构初始曲率半径的增大会引起换能结构输出开路电压的降低;金属基片长度的增大会引起换能结构输出开路电压的增加;压电薄膜厚度的增大会使得换能结构输出开路电压先增加后减小。实验显示,有限元分析与实验结果具有较好的一致性,且都在压电薄膜厚度为0.25mm时换能结构的输出电压最大,得到的结果验证了有限元分析的可靠性。另外,在输出功率测试中,换能结构的输出功率达到了7.75μW。分析及测试结果为Rainbow型压电换能结构的设计、制作提供了指导性意见。

褶皱型复合式压电换能结构的建模及分析

主要针对现有的Rainbow型和折叠型压电换能结构的不足,提出一种新型的具有较大变形能力,坚固的压电换能结构,即褶皱型复合式压电换能结构。主要对3种结构进行对比及对褶皱型复合式压电换能结构进行理论建模,并在理论上对褶皱型压电换能结构的参数对电势的影响进行分析。利用ANSYS有限元分析软件进行仿真分析,在相同条件下对比3种结构的变形,以及验证理论分析结果的正确性。

基于β辐射伏特效应的NPN结型换能结构研究

针对PN结型换能器件收集效率低,短路电流小等缺点,首次提出NPN结型核电池换能结构.用电子束对设计制作的NPN结型换能器件进行双面辐照实验,实验结果表明NPN结型换能结构能够通过降低P区掺杂浓度提高耗尽区宽度,减小换能器件厚度降低体电阻,增大短路电流,获得较大的能量转换效率.

Rainbow型压电单膜片换能结构负载电压和输出功率分析

给出了一种多方向振动能量收集装置的设计结构。为研究Rainbow型压电单膜片换能结构材料、尺寸参数、负载电阻对其输出功率的影响,根据压电材料的机电耦合方程和弹性力学理论,建立了Rainbow型压电单膜片换能结构负载电压及输出功率的理论模型。对所建理论模型进行了数值计算和验证测试,理论计算结果及测试结果具有较好的一致性,对应的最大输出功率误差为5%,说明了本文理论推导的可靠性。同时通过数值模拟发现:金属弹性基片长度、压电薄膜宽度的增加将会引起换能结构输出功率的增加;金属弹性基片宽度和厚度、换能结构初始曲率半径的增大将会使换能结构的输出功率下降;压电薄膜长度和厚度的增加将会使换能结构的输出功率先增加后减小;铍青铜基片换能结构要优于钢基片换能结构。

褶皱型复合式压电换能结构模型的改进及分析

主要针对现有褶皱型复合式压电换能结构进行了理论建模,并在理论上对褶皱型压电换能结构的参数对电势的影响进行了分析。提出一些可行性的优化与改进方案,使其具有较大变形能力,更坚固的压电换能结构。利用ANSYS有限元分析软件进行模型构建与仿真分析,在不同结构尺寸条件下对比改进前后结构的变形,选择最优的改进方案,以验证理论分析结果的正确性。

冷藏系统相变储能装置结构设计

针对目前中型冷藏系统温度浮动大,耗电量高等缺点,提出了基于相变储能技术的冷藏系统,根据现有冷藏系统的特点,介绍了储能装置的工作原理,设计了相变储能装置的结构;采用高效的换能结构实现储能装置的能量交换;设计了复合保温层结构和密封结构以降低能量损耗;设计了储能装置的温度监控系统以及冷量记录功能;创新性提出储能装置的结构参数设计方法。该系统不仅可以满足供冷平稳、节省耗电的要求,且可以作为标准单元串联使用,为相变储能装置应用于生产和实践打下基础。

多方向压电振动能量收集装置及其优化设计

为实现对不同方向环境振动能量的收集,提出一种新颖的多方向振动能量收集装置的设计结构,装置的换能部分采用了一种Rainbow型压电结构。为提高多方向振动能量收集装置收集能量的效果,以多方向振动能量收集装置输出的总电能为目标函数,综合考虑金属弹性基片的强度、装置振动的固有频率及装置的尺寸空间要求等多种因素,采用序列二次规划法对能量收集装置的结构参数进行了优化。该多方向振动能量收集装置经过优化后,在Y向激励时,其输出的总电能为37.146μJ,比优化前提高了30.82%,当沿装置体对角线方向激励时,结构装置输出的总电能为58.715μJ,比优化前提高了29.24%,装置的能量收集效果得到了明显提高。分析结果为多方向振动能量收集装置的设计、制造及应用提供了技术依据。