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文檔簡介
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)動低功耗電子產(chǎn)品等,具有較大的研究價值和應(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)計了新型壓電懸臂梁,通過仿真、實驗驗證了其俘能特性,并將其應(yīng)用于基于沖擊式振動的壓電風(fēng)能收集系統(tǒng),最終實現(xiàn)從風(fēng)能到電能的轉(zhuǎn)換。
本文首先對直邊三角形
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)計并制作了帶有風(fēng)向約束裝置的基于沖擊式振動的PVDF壓電風(fēng)能收集裝置。
3、為提高風(fēng)能收集效率,本文對轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計并進(jìn)行了實驗驗證。
實驗結(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)速從4 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,實驗研究了懸臂梁的工作模態(tài)以及陣列的輸出特性并在實際負(fù)載為電阻以及發(fā)光二極管的情況下
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