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情況下把人群移動時產(chǎn)生的踩踏動能轉(zhuǎn)換成電能，具有不受電磁干擾、不產(chǎn)生噪音、無傳動裝置等優(yōu)點。目前壓電地板輸出的功率小，沒有能夠把人踩踏所產(chǎn)生的動能充分轉(zhuǎn)化成電能。因此，本文提出了將周邊固支的壓電結(jié)構(gòu)分塊成若干個懸臂梁來提高踩踏位移量和功率的方法。
　　通過ANSYS有限元分析軟件對各種不同的壓電地板單元結(jié)構(gòu)的輸出功率進行有限元比較分析，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和四個并聯(lián)扇形壓電結(jié)構(gòu)、方形壓電結(jié)構(gòu)和四個直角三角形壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)，進一步對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輸出功率相差不大。
　　本文測試了壓電片和基板厚度相同的整體長方形壓電結(jié)構(gòu)和兩個長方

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，測試結(jié)果表明兩個長方形分塊式壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)的輸出功率是整體長方形壓電結(jié)構(gòu)的8倍。進一步測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。用手按壓測試后得到輸出功率為到1.29mW，點亮兩個LED