宽频带微型压电式振动发电机设计

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1、第23卷第5期传感技术学报V01．23No．52010年5月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSMav2010TheDesignofPiezoelectricVibrationBasedGeneratorwithWideBandwidthYUHuihui，，WENZhiyu'’，WENZhongquan，2，HEXuefeng’’厂1．NationalKeyLaboratoryofFundamentalScienceofMicro／NanoDeviceandSystemTechnology，Chongqing400044，China；

2、、J2．NationalCenterforInternationalResearchofMicro／Nano-SystemandNewMaterialTechnology，Chongqing400044，China；I3．MicrosystemResearchCenterofChongqingUniversity，Chongqing400044，ChinaAbstract：Inordertowidenthefrequencybandwidthofpiezoelectricvibrationbasedgenerator，thestructurewithmulti—bea

3、msandsinglemassisdesigned．Thesimulationmodelofthepiezoelectricvibrationbasedgeneratorwiththestructureofmulti—beamsandsinglemassisestablished．Therelationshipbetweentheresonantfrequencyandstructuralparametersandtherelationshipbetweentheoutputvoltageandresonantfrequencyareanalyzed．Theex—pe

4、rimentalmodelofthegeneratorwithmulti—beamsandsinglemassstructureisassembled．Theexperimentalre-suhsshowsthatthedesignedgeneratorcaneffectivelyconverttheenvironmentalvibrationenergytoelectricenergywiththefrequencyfrom113Hzto155Hz，theminimumoutputpoweris37．56W，themaximumoutputpoweris155．71

5、W，andthefrequencybandwidthofthegeneratorisupto42Hz．Keywords：piezoelectric；generator；multi-beamsandsinglemass；frequencybandwidthEEACC：8340；2860宽频带微型压电式振动发电机的设计于慧慧，温志渝，温中泉，贺学锋厂1．新型微纳器件与系统技术国家重点学科实验室，重庆400044；、I2．国家级微纳系统与新材料技术国际联合研究中心，重庆400044；I3．重庆大学微系统研究中心，重庆400044J摘要：针对压电式振动发电机频带宽度过窄的问题

6、，设计了多悬臂梁一单质量块结构的微型压电式振动发电机。建立了多悬臂梁一单质量块结构微型压电式振动发电机的仿真模型，分析了微型发电机的谐振频率与结构参数的关系、输出电压与结构频率的关系等性能参数。组装了多悬臂梁一单质量块结构发电机实验模型，实验结果表明，设计的多悬臂梁一单质量块结构微型发电机在振动频率为113Hz一155Hz的环境中可以有效地将振动能转换为电能，在频带范围内最小输出功率37．56IxW，最大输出功率155．71tzW，发电机的频带宽度扩展到42Hz。关键词：压电；发电机；多悬臂梁一单质量块；频带宽度中图分类号：TM35；TN712．5文献标识码：A文章编

7、号：1004—1699(2010)05—0643-04无线传感器网络、嵌入式传感器系统等迅速发兹的低频振动环境，阻尼比为0．025时，其频带宽度展，对电源提出微型化、长寿命等要求。振动能是环不到1Hz，而实际振动环境的频率存在一定范围的境中最普遍存在的能量，将机械振动能转换为电能波动，发电机带宽过窄，不能满足实际应用需求。因的微型振动发电机已引起人们广泛关注。目前微型此压电式振动发电机频带的扩展是其得以应用的关振动发电机的研究主要有静电式¨J、电磁式3J键技术之一。目前文献提到的频带扩展方法主要有和压电式等。其中，压电式振动发电机具有相对更多梁一多质