磁力耦合式壓電振動俘能器的研究.pdf

1、利用壓電振動俘能器為微功率電子產(chǎn)品及微小型遠(yuǎn)程傳感監(jiān)測系統(tǒng)供電，已成為諸多領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的振源頻率通常較低，而壓電振動俘能器自身的基頻通常較高，端部集中質(zhì)量的方法又容易對壓電振子造成損毀。為使壓電振動俘能器的基頻與環(huán)境振動頻率相適應(yīng)，從而提高發(fā)電能力，本文提出利用磁力耦合作用的方法構(gòu)造懸臂梁式壓電振動俘能器，并從理論及試驗(yàn)兩方面進(jìn)行了研究，獲得了不同磁力耦合方式（磁鐵的配置方式及其作用力形式）下俘能器的發(fā)電性能及其影響因素，

2、具體內(nèi)容如下:
　　1.壓電懸臂梁是壓電振動俘能器的關(guān)鍵元件，其性能的好壞直接影響壓電振動俘能器的發(fā)電能力。利用壓電學(xué)及材料力學(xué)的相關(guān)理論知識，針對恒定作用力和恒定位移量兩種不同激勵形式，分別建立了單晶、雙晶壓電懸臂梁機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的理論模型，并進(jìn)行了數(shù)值模擬仿真分析，獲得了兩種不同載荷狀態(tài)下壓電梁結(jié)構(gòu)（金屬基板厚度、壓電晶片厚度及金屬基板厚度與壓電振子總厚度比）與材料參數(shù)（壓電晶片與基扳材料楊氏模量比）對其發(fā)電能力的影響規(guī)律。當(dāng)分

3、別給定壓電晶片厚度、金屬基板厚度或壓電懸臂梁總厚度時，在不同的載荷形式下存在不同的壓電梁結(jié)構(gòu)和最佳材料參數(shù)使壓電懸臂梁的開路電壓及輸出電能達(dá)到最大。
　　2.建立了磁勵耦合式壓電振動俘能器的理論分析模型，研究了磁剛度與磁鐵間磁力作用形式（吸引或排斥）對壓電振動俘能器動態(tài)性能的影響關(guān)系;利用定量分析方法中的諧波平衡法，近似地解出了其穩(wěn)態(tài)響應(yīng)及相位差，并進(jìn)行了磁力耦合式壓電振動俘能器的幅頻相頻特性分析;著重研究了磁力耦合式壓電振動俘能

4、器的開路電壓特性，從理論上獲得了壓電振動俘能器的最佳工作頻率與磁力作用形式之間的關(guān)系。當(dāng)磁力的作用形式為排斥時，壓電振動俘能器的最佳工作頻率降低;當(dāng)磁力的作用形式為吸引時，壓電振動俘能器的最佳工作頻率升高。
　　3.采用同一個壓電振子及相同型號的永磁鐵，構(gòu)造了3類10種結(jié)構(gòu)的磁力耦合式壓電俘能器（即，單磁鐵垂直耦合、雙磁鐵對稱垂直耦合及單磁鐵水平橫向耦合;作用力分別為排斥/吸引、雙磁鐵同時排斥/吸引、雙磁鐵吸引與排斥相結(jié)合），并分