基于沖擊式振動(dòng)的PVDF壓電風(fēng)能收集系統(tǒng)的研究.pdf

1、風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源廣泛存在于自然界的各個(gè)角落，其潛在能量巨大。壓電俘能技術(shù)可以將自然界的風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能以驅(qū)動(dòng)低功耗電子產(chǎn)品等，具有較大的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。PVDF薄膜具有良好的壓電性、介電性、耐候性等，是應(yīng)用于壓電風(fēng)能收集的一種理想材料。本文采用PVDF作為俘能材料，設(shè)計(jì)了新型壓電懸臂梁，通過仿真、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其俘能特性，并將其應(yīng)用于基于沖擊式振動(dòng)的壓電風(fēng)能收集系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)從風(fēng)能到電能的轉(zhuǎn)換。
　　本文首先對(duì)直邊三角形

2、結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模分析，進(jìn)一步提出并分析了內(nèi)弧邊三角形以及外弧邊三角形壓電懸臂梁的結(jié)構(gòu)特性，結(jié)果表明內(nèi)弧邊三角形壓電懸臂梁較其他兩種懸臂梁具有更好的應(yīng)力分布。其次利用ANSYS有限元方法分析仿真了直邊三角形、內(nèi)弧邊三角形以及外弧邊三角形壓電懸臂梁的靜態(tài)特性、瞬態(tài)特性、阻抗特性以及模態(tài)提取等，分析結(jié)果與懸臂梁結(jié)構(gòu)建模分析一致表明內(nèi)弧邊三角形壓電懸臂梁具有更好的輸出特性。最后設(shè)計(jì)并制作了帶有風(fēng)向約束裝置的基于沖擊式振動(dòng)的PVDF壓電風(fēng)能收集裝置。

3、為提高風(fēng)能收集效率，本文對(duì)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，風(fēng)向約束裝置以及轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的優(yōu)化將裝置開啟風(fēng)速?gòu)? m/s降低到2 m/s;內(nèi)弧邊三角形壓電懸臂梁的最大輸出功率為198μW，大于直邊三角形懸臂梁的185μW以及外弧邊三角形懸臂梁的156μW，該結(jié)論與結(jié)構(gòu)建模分析以及ANSYS有限元分析結(jié)果具有較高的一致性。最后，實(shí)驗(yàn)研究了懸臂梁的工作模態(tài)以及陣列的輸出特性并在實(shí)際負(fù)載為電阻以及發(fā)光二極管的情況下