磁励旋转式圆形压电振子发电机的设计与试验研究

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4、ＰＥＲＩＭＥＮＴＡＬＲＥＳＥＡ民畑ＯＦＡＲＯＴＡＲＹＣＩＲＣＵＬＡＲＰＩＥＺＯＤＩＳＣＥＮＥＲＧＹＧＥＮＥＲＡＴＯＲＥＸＣＩＴＩＥＤＢＹＭＡＧＮＥＴＳ作者姓名李洋ＡｕｔｈｏｒＹａｎＬｉｇ学科专业物理电子学Ｓｕｂｅ幻ＰｈｓｉｃａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｊｙ指导教师阐君武教授ＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒＰｒｏｆ．ＪｕｎｗｕＫａｎ学位类别工学硕±ＤｅｇｒｅｅＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ学位授予单位浙江师范大学ＤｅｇｒｅｅＵｎ

5、ｉｔＺｈｅｉａｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｊｙ本文由！＾下项目提供资助国家自然科学基金基于多场親合轴向激励的旋转式压电发电机研究（项目编号；５１２７７１６６）流体禪合式压电发电机的基础理论与关键技术研究（项目编号；５１３７７１４７）磁励旋转式圆形压电振子发电机的设计与试验研究摘要压电发电机是利用压电效应来达到机电能量转换的目的，相比于其他微型发电装置，其具有结构简单样式多、工作过程中不发热、无电磁干扰、易于实现结构上的微小化与集成化、不会造成污染及能量密度高等诸

6、多优点。因此，为满足旋转机械的自供电传感监测系统（如直升机螺旋楽、汽车压力轮胎、裔速列车主轴等）的使用需求，．本文提出磁励旋转式圆形压电振子发电机，并从理论和试验两方面对发电机的输出特性进行研究，具体研究内容如下：１．分析了压电发电机国内外研究现状及应用实例，研究了现有的压电发电机存在的不足，针对其存在的振动噪声大、可靠性低等弊端，及旋转机械健康监测系统自供电的需求，提出了非接触激励、压电振子轴向弯曲变形的磁励旋转式圆形压电振子发电机。２．分析了压电振子的性能参数及其支撑方式，利用有

7、限元软件对矩形悬臂梁振子及圆形压电振子进行了模态分析，研究了简支及固支圆形压电振子的形变量，确定了压电振子的结构形式，即固支圆形压电振子，分析了圆形压电振子结构参数对基频的影响。３，．分析了磁励旋转式压电发电机的基本结构及工作原理获得了影响其性能的关键要素，建立了磁励旋转式发电机的数学模型，测试了按水平及圆周方向均布的激励磁铁在吸引、排斥、吸排间隔Ｈ种激励方式下激振力的变化规律，获得了间隙比、距离比、弧长比等对激振力的影响规律；利用数值仿真软件，分析了周期比、载荷作用时间、转速及质量等

8、因素对压电振子位移响应的影响规律。４．设计制作了试验样机，搭建了试验测试系统，得到了单个磁铁激励时激励磁铁数量、激励频率、激励方式、附加质量、回转半径等因素对发电机输出电压的影响规律，并分析了发电机的时域响应。同时为更好地了解发电机的性能，研究了组合磁铁Ｉ激励时每组激励磁铁数量及转速对发电机输出性能的影响规律，并ｗ能量系数来