多方向压电振动能量收集装置及其优化设计

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1、万方数据第31卷第16期振动与冲击JOURNAL0FVIBRAll0NANDSHOCK多方向压电振动能量收集装置及其优化设计侯志伟1’2，陈仁文1，刘祥建1(1．南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室，南京210016；2．淮阴工学院机械工程学院，淮安223003)摘要：为实现对不同方向环境振动能量的收集，提出一种新颖的多方向振动能量收集装置的设计结构，装置的换能部分采用了一种Rainbow型压电结构。为提高多方愈振动能量收集装置收集能量的效果，以多方向振动能量收集装置输出的总电能为目标函数，综合考虑金属弹性基片的强度、装置振动的固有频率及装置的尺寸空间要求等多种因素，

2、采用序列二次规划法对能量收集装置的结构参数进行了优化。该多方向振动能量收集装置经过优化后，在y向激励时，其输出的总电能为37．146“，比优化前提高了30．82％，当沿装置体对角线方向激励时，结构装置输出的总电能为58．715U，比优化前提高了29．24％，装置的能量收集效果得到了明显提高。分析结果为多方向振动能量收集装置的设计、制造及应用提供了技术依据。关键词：多方向；振动能量收集；Rainbow；压电换能结构；优化设计；电能中图分类号：TN384文献标识码：Aoptimizationdesignofmulti—directionpiezoelectric订brationene

3、rgyharVester肋U孔i一伽eil”，CHEⅣRen．伽enl，口U瓜口愕书onl(1．AeronauticsScienceKeyLaboratoryforSmanMaterials＆Stmctures，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China；2．FacultyofMech肌icalEn西neering，HuajyinIn8titute0fTechnology，Huaian223003，China)Abstract：Anovel咖lti—directionpiezoelectric

4、vibmtionenergyharvesterandaRainbowshapepiezoelectrictransducerwereproposedtohaⅣestmulti—directionambientVibrationenergy．Withtheaimtoenhancetheoutputelect矗cenergy，thedyn锄icmodeloftheharVesterandtheoutputelectdcenergymodelofthet咖sducerwereestablished．Themaximumoutputelectr主cenergywastakenastheo

5、bjectivefunctionandvariousfactorssuchasstren咎hofthemetalsheet，naturalf南quencyoftheunit，sizesoftheharvester，etc．wereconsidered．ThestlllcturalparametersoftheharvesterwereoptiIIlizedbyusingthesequentialquadraticprogr锄Illingmethod．TheI℃sultsindicatethatthetotaIoutputeIectdcenergyofthemulti—direct

6、ionvibrationenergyhaNesterreaches37．146Ⅺastheexcitationisalongydirectionandreaehes58．715“astheexcitationisalongthedirectionofdiagonalofthecubicshapemetalfhmework．Thatis，世eroptimization，thetotaloutputelectricenergyincreasesby30．82％and29．24％respectiVely，anditsemciencyisimpr0Vedexcellently．There

7、sultsprovidesu筒cientbasisfordesign，productionandapplicationofthemulti-directionVibrationenergyharvester．Keywords：multi·direction；vibrationenergyharvesting；Rainbowsh印etransducer；piezoelectrictransducer；optimizationdesign；electricenerg)r在现代电子产品