振动发电与压电发电混合式能量捕获装置的研究

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1、分类号：TM619密级：UDC：621.3编号：201221401022河北工业大学硕士学位论文振动发电与压电发电混合式能量捕获装置的研究论文作者：刘杉学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：电气工程指导教师：杨晓光职称：教授ThesisSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofElectricalEngineeringRESEARCHONAHYBRIDPIEZOELECTRIC-ELECTROMAGNETICVIBRATION-POWEREDD

2、EVICEbyLiuShanSupervisor:Prof.YangXiaoguangDecember2014原创性声明，，进行研究工作巧取得的成本人郑重声明；所呈交的学位论文是本人在导师指导下果。除文中已经注巧引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内卫作做出贡献包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究容，也不由本已在文中Ｗ明确方式标明。木学位论文原创性声明的法律责巧的其他个人或集体，均人承担。、＇么日期；２口价、口学位论文作者签名：矣１＾义于学位论

3、文版权使用授权的说明工业太学关于收集：学校有权采本人完全了解河北、保存、使用学位论文的下规定用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部权将学位论文的全部或部分内容编入有乂数据库进巧检索、交分巧容的阅览服务；学校有流的复印件和电子版。；学校有权向圍家有关部鬥或者机构送交论文明）（保密的学位论文在解密后适用木授权说么．日巧〇件、Ｕｉ：学位论文作者签名：心ｔＩｓ．日期：２０／夺．／之２导师签名：摘要无线传感器因为具备体积小、能耗低、并且可以在特殊或危险的

4、环境使用等优点而广泛应用在各个领域，比如桥梁监控、医学治疗等，但是传统的蓄电池储存电能有限，导致供应一段时间必须进行更换，不仅浪费了资源，还出现环境污染的问题。因此，收集环境中普遍存在的振动能，经过转换变成电能来解决无线传感器的供电问题成为行之有效的方案。目前，常用的振动能量捕获装置根据发电原理不同分为电磁式和压电式。本文在振动发电研究的基础上，提出一种新型的电磁-压电混合式振动能量捕获装置，有效的提高了输出功率。并从理论、仿真和实验三个角度进行了分析研究。本文首先介绍了混合式能量捕获装置中电磁部分和压电部分的模型设计

5、过程。对电磁式能量捕获装置的基本原理、永磁的有限元分析、感应电动势的计算和永磁体之间磁力计算进行了理论分析；同时，提出压电材料和压电悬臂梁的一些理论知识，并且对压电悬臂梁进行有限元方法分析，对其固有频率进行计算。在此基础上，提出混合式能量捕获装置的数学模型，并且通过传统的弹簧-质量-阻尼系统模型对混合式能量捕获装置进行阻尼分析；然后通过有限元仿真软件对混合式能量捕获装置各部分进行仿真计算，最终得到电压和功率的输出情况；最后搭建实验平台，首先对独立的电磁能量捕获装置和独立的压电能量捕获装置进行能量输出的测试，其次对混合式

6、能量捕获装置的综合能量输出进行实验分析。分析结果得出结论，混合式能量捕获装置中各部分的输出电压和功率都比耦合前独立的能量捕获装置有所减少，这是因为耦合影响了能量的输出，但是经过混合后的总输出电压和功率是提高的，有效的提高了能量转换效率。关键字：电磁压电能量捕获有限元IABSTRACTWirelesssensorsarebecomingincreasinglypopularbecauseoftheirsmallsize,lowpowerconsumptionandabilitytobeemployedininaccess

7、ibleandhostileenvironments,suchasconditionmonitoringofbridges,healthcare,etc.Traditionalpowerstoragessuchasbatterieshavealimitedlifetime,mustbereplacedperiodically,bringthematerialwaste,environmentalpollutionandotherissues.Energyharvesterisapossiblealternativeof

8、batteriesthatconvertstheexistingenvironmentalvibrationenergyintousableelectricenergy.Themostcommonlypursuedenergyharvestingmechanismsareelectromagneticandpiezoelectri