基于壓電效應的路用能量收集器的研究.pdf

1、路面中存在著豐富的機械能，對路面能量進行收集不僅符合低碳環(huán)保的理念，而且可以減少因能量累積對路面造成的損傷。本文根據路面中荷載特點，利用理論推導及仿真分析的方法對壓電能量收集器的結構及能量收集電路進行了設計，并通過搭建能量收集系統實驗平臺研究了壓電能量收集器的發(fā)電性能。
　　為設計出與路面耦合特性高的能量收集器，首先對比分析了常用壓電能量收集器的結構形式并對具有高承載能力的Cymbal能量收集器的結構特性進行了理論推導及有限元仿真

2、分析。但Cymbal結構的固有頻率較高，故將其改進為固有頻率較低且剛度相對合適的拱形結構。
　　利用有限元仿真的方法分析了幾何參數對能量收集器輸出電壓及結構固有頻率的影響規(guī)律及在動態(tài)荷載作用下輸出電壓、電流及功率與負載阻抗和振動頻率的關系。結合有限元分析的結果確定了最優(yōu)的拱形能量收集器結構參數。
　　為將壓電能量收集器產生的交流電轉化為直流電，設計了具有升降壓功能的能量收集電路，并分析了其工作過程，對其輸出電壓、電感電流及輸

3、入電阻進行了理論推導并利用Matlab中Simulink模塊對能量收集電路進行了仿真分析。得到占空比、開關頻率及電感值對輸出電壓的影響規(guī)律。設計并制作了能量收集電路。
　　根據仿真結果及路面荷載特點，研制了不同結構的拱形壓電能量收集器樣機，用實驗研究的方法分析了環(huán)境荷載、外加負載阻抗及幾何參數對輸出電壓的影響規(guī)律。當環(huán)境荷載大小為10N，頻率為15Hz，最佳負載阻抗匹配為100k時，單個拱形壓電能量收集器產生的最大電功率達到了61