基于分塊壓電懸臂梁的壓電地板單元研制.pdf

1、壓電式地板能量收集系統(tǒng)是不影響人自由活動(dòng)情況下把人群移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的踩踏動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，具有不受電磁干擾、不產(chǎn)生噪音、無(wú)傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)。目前壓電地板輸出的功率小，沒(méi)有能夠把人踩踏所產(chǎn)生的動(dòng)能充分轉(zhuǎn)化成電能。因此，本文提出了將周邊固支的壓電結(jié)構(gòu)分塊成若干個(gè)懸臂梁來(lái)提高踩踏位移量和功率的方法。
　　通過(guò)ANSYS有限元分析軟件對(duì)各種不同的壓電地板單元結(jié)構(gòu)的輸出功率進(jìn)行有限元比較分析，首先比較整體式壓電結(jié)構(gòu)和分塊式壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)的輸出功率，

2、包括同體積下的圓盤(pán)和四個(gè)并聯(lián)扇形壓電結(jié)構(gòu)、方形壓電結(jié)構(gòu)和四個(gè)直角三角形壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步對(duì)同樣厚度和同樣踩踏位移變量情況下比較頂角為60度、90度、120度的三角形和圓形壓電結(jié)構(gòu)輸出功率來(lái)選取最優(yōu)的結(jié)構(gòu)。最終仿真結(jié)構(gòu)表明頂角為60度三角形壓電懸臂梁在相同壓電片和基板厚度下輸出功率最大，頂角為60度、90度、120度的三角形壓電懸臂梁在相同位移時(shí)輸出功率相差不大。
　　本文測(cè)試了壓電片和基板厚度相同的整體長(zhǎng)方形壓電結(jié)構(gòu)和兩個(gè)長(zhǎng)方

3、形分塊式壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)在相同激振條件下的輸出功率，測(cè)試結(jié)果表明兩個(gè)長(zhǎng)方形分塊式壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)的輸出功率是整體長(zhǎng)方形壓電結(jié)構(gòu)的8倍。進(jìn)一步測(cè)試壓電片和基板厚度相同的頂角為60度、90度、120度三角形壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)在相同激振條件下的輸出功率。測(cè)試結(jié)構(gòu)表明60度的三角形壓電懸臂梁輸出功率最大。因此選用60度三角形懸臂梁來(lái)制作六邊形壓電地板單元，包括壓電片、固定壓板、壓板和蓋板等組成。用手按壓測(cè)試后得到輸出功率為到1.29mW，點(diǎn)亮兩個(gè)LED