流体耦合式压电振动俘能器的设计与试验研究

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1、万方数据流体耦合式压电振动俘能器的设计与试验研究DESIGrNANDEXPERIN旺!NTAI，RESEARCH0lNFLU哩D．COUPLEDPIEZOELECTRICⅥBRATIONENERGYHARVESTER作者姓名’徐海龙AuthorHailongXu学科专业物理电子学SubjectPhysicalElectronics指导教师阚君武教授SupervisorProf．JunwuKan学位类别工学硕士MasterofEngineering学位授予单位浙江师范大学万方数据本文由国家自然科学基金项目㈣Y2665㈣597“流体耦合式

2、压电发电机的基础理论与关键技术研究刀(51377147)、“压电液压振动控制器的基础理论与关键技术研究力(51075371)、“基于多场耦合轴向激励的旋转式压电发电机研究力(51277166)、“自感知自激励压电泵的研究力(51205366)联合资助。万方数据流体耦合式压电振动俘能器的设计与试验研究摘要为保证微功率电子产品连续供电需求，利用压电材料的压电发电技术成为目前研究的热点领域。考虑到传统的液压传动具有低噪音、无冲击、高能量密度等优势，本论文将流体引入压电式的振动能量回收系统中．提出利用流体传递运动与动力，利用压电流体耦合作用来

3、回收振动能量的压电振动俘能器，通过系统建模、理论仿真分析、设计加工和试验测试等方法对该俘能器的发电性能进行研究。本文的主要研究内容如下：1、研究压电振动俘能器的提出的背景、意义，并对其所涉及的压电式振动发电技术，运用压电技术的振动控制器，以及基于压电的流能式能量回收等国内外研究现状进行分析和总结。2、圆形双品压电振子是压电振动俘能器发电的核心部件，确定其工作时的夹持方式及振动模态，分析了圆形双晶压电振子在简支边界条件受均布载荷作用下的变形曲线，建立圆形双晶压电振子发电理论模型，运用数值仿真分析的方法为试验用圆形双晶压电振子进行结构参数

4、优化。3、介绍流体耦合式压电振动俘能器的结构及原理，根据振动力学、流体力学及压电学等相关知识建立了俘能器系统的理论模型，并利用该模型推导出其电压及电能表达式；讨论各因素对俘能器的发电性能作仿真分析，选取外部激励的振幅、系统背压和质量块质量等因素，在频率域内得到其发电电压的频率曲线图，分析各因素对俘能器发电的影响规律；并研究了系统背压与质量块质量对俘能器最佳俘能点的影响。4、为验证俘能器回收振动能量的可行性及所建立理论模型的合理性，根据所提出的俘能器结构与原理图对系统的部件进行设计与加工，设计制造出压电振动俘能器，并搭建合理的测试系统开

5、展俘能器的发电试验研究；测试了激励频率、激励振幅、系统背压、质量块质量等条件对俘能器的发电性能影响规律，试验结果验证了理论及仿真分析结果的正确性。关键字：压电流体耦合；圆形压电振子；振动能量回收；压电振动俘能器万方数据DESIGNANDEXPER【M匣NTALRESEARCHoNFLUID．COUPLEDPIEZOELECTR【CVIBRATIoNIIlordertoensureacontinuouspoweredofmicro-powerelectronics，Piezoelectricpowergenerationtechnolo

6、gyusepiezoelectricmaterialshasbecomeahotfieldofcurrentresearch．Consideringthetraditionalhydraulictransmissionwitlllownoise，noimpact,highenergydensityandotheradvantages，Inthispaper,wewillintroducethefluidtopiezoelectricvibrationenergyharvestingsystem，itusefluidtotransfer

7、themotionanddynamic，piezoelectricvibrationenergyharvesterharvestthevibrationenergyisthroughpiezoelectricfluidcouplingeffect．Itusesystemmodeling，simulationtheoryanalysis，designingandmachining，testingmethodstoresearchtheenergyharvestingofenergyharvester．Themaincontentsare

8、asfollows：1、Thebackgroundandmeaningofpiezoelectricvibrationenergyharvester,itrelatestoPiezoelectricvibrationge