非接触式旋转压电发电机建模及仿真分析

针对传统的机械撞击式旋转压电发电机因机械碰撞压电发电单元导致发电机寿命较短的问题,提出了一种使用永磁铁传动的非接触式旋转发电机结构,并对发电机结构进行了理论建模和仿真分析。研究表明,当阵列的压电双晶梁固有频率相同时,发电机存在一个最佳转动速度,该速度乘以驱动轮阵列永磁铁个数等于压电双晶梁的一阶固有频率。驱动轮半径以及驱动轮到压电双晶梁间距越大,发电机能量输出越少。当阵列压电双晶梁固有频率不同时,以两个压电双晶梁为例,发电机转速在18. 0 rad/s(33. 0～51. 0 rad/s)范围内,输出功率超过1. 5 mW。研究结果为宽频发电机的设计和优化打下了基础。

结构参数对压电旋转发电机输出性能的影响试验

开发了一种限幅激励压电旋转发电机,先通过非接触激励形式的旋转磁铁来实现移动凸轮的往复振动,之后通过移动凸轮为压电振子提供接触形式的激励作用。从理论与实验层面开展分析,研究结果表明:提高弹簧刚度形成了更大的最佳转速与带宽,提高激振力可以使各输出电压下形成更大有效带宽,输出电压发生了大幅波动,存在明显峰值,并未产生水平段。凸轮没有自锁的条件下提高升角,使凸轮横向振幅发生降低,采用凸轮间接激励的方法能够对压电振子的变形起到良好抑制作用。所有转速下都达到了较合适的电阻以获得最高输出功率,转速则不会引起最佳负载的明显变化。此方案利用磁耦合激振力以及弹簧刚度来实现凸轮幅频的调控功能,增强发电机运行可靠性,改善转速适应能力并增加有效频带宽度。