风车式压电发电装置研究

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1、中图分类号：TM619论文编号：102870115-S120学科分类号：080402硕士学位论文风车式压电发电装置研究研究生姓名李靖学科、专业测试计量技术及仪器研究方向智能材料与结构指导教师李华峰教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年三月INanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringResearchontheWindmill-typeEnergyHarvestingDeviceUsingPiezoelectricMaterialsAThes

2、isinMeasurementandTestingTechnology&InstrumentsbyLiJingAdvisedbyProf.LiHuafengSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015II承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航

3、天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：III风车式压电发电装置研究摘要本课题受国家自然科学基金（51175250），机械结构力学及控制国家重点实验室开放性课题（MCMS-0312G02）资助。随着无线技术和微电子设备的发展，能量收集受到人们越来越多的关注。通过和低能耗设备的结合，能量收集装置的应用范围得到了很好的拓展。在众多的能量收集装置中，压电能量收集装置因为结构简单、清洁环保和易于微型化等优点而得到广泛应用。本文在基于压电理论和永磁铁斥力等相关知识的基础上

4、，给出了一种风车式压电能量收集装置的设计方案，并进行了装置的制作。在制作过程中，用理论分析、软件仿真和实验研究的方法对方案的可行性进行了验证。最后对能量收集电路进行了研究设计。主要研究内容包括：1.总结了压电发电装置的国内外现状和发展前景，对本装置研究的必要性做了分析和概括。2.对压电材料、压电参数、压电元件机电转换原理等压电发电的理论知识进行了阐述，分析了压电振子的支撑方式、激励方式和压电陶瓷粘贴位置等对电能产生的影响，为装置的结构设计提供理论支持,进而为装置选用合适的压电振子。3.用comsol软件对压电振子的基板材料、尺寸和装置电能产生的关系进行了分析，找出参数最优值，为装置的制作

5、和优化打下基础。4.用实验的方法对永磁铁斥力和不同压电振子的共振频率进行测定，设计和制备风车式压电能量收集装置，并用实验的方法对装置电能的产生进行验证。5.分析各种能量收集电路，针对本装置进行电路设计，连接装置对整体效果进行验证。该装置创新之处在于：振动能量通过非接触的永磁斥力传递，避免了机械传递带来的能量损耗并且延长了使用寿命。另外，压电振子设计成不同厚度，保证了该装置在宽频带下能高效率的工作。对装置能量收集电路进行创新设计，以便达到更好的收集效果。关键词：压电材料、振动、能量收集装置、宽频带、永磁铁、电路设计本学位论文在机械结构力学及控制国家重点实验室(南航)完成。IV南京航空航天大

6、学硕士学位论文ABSTRACTWiththedevelopmentofwirelesstechnologyandmicroelectronicdevices,energyharvestingattractedmoreandmoreattention.Bycombiningwiththelow-powerdevices,thescopeofapplicationoftheenergycollectiondevicesgetsagoodexpansion.Thepiezoelectricenergycollectiondeviceshavebeenwidelyappliedforthesim

7、plestructure,cleanandgreenandeasytominiaturization.Thispaperbasedontheknowledgeofpiezoelectrictheoryandpermanentmagnetrepulsionpresentsawindmillpiezoelectricenergycollectingdeviceandmakesit.Intheprocessofpreparation,we