压电能量回收结构优化
能量回收装置回收利用外界环境中的能量，为便携式器件或传感器网络节点供电，实现电子器件的自主供能，可以有效解决目前电池供电带来的一系列问题，有广泛的应用潜力和巨大的研究价值。振动能量是环境中普遍存在的一种能量源，可以采用电磁，静电或压电方式对振动能量进行回收。压电能量回收利用压电效应，将机械能直接转化为电能。压电能量回收装置结构简单，适用性强；压电材料形式多样，可集成于微机械系统中。
压电能量回收装置性能受到多个方面的影响，如结构的几何参数、与外界振动环境的匹配程度、回收电路的设计、还有压电材料本身的性能参数。能量回收系统优化是压电能量回收的研究重点。优化方式大致可以分为两种：回收电路优化和回收结构优化。压电能量回收优化的主要目标就是同样体积的压电材料产生更多的电能。
悬臂梁式能量回收装置是压电能量回收的常用结构。通过理论分析得到能量回收装置的能量输出与悬臂梁表面应变积分的平方成正比，理想等应变结构有利于产生更多的能量。普通等截面梁表面应变线性递减，当最大应变值一定时，等应变分布能量回收装置输出能量是等截面能量回收装置的四倍。宽度不变的等应变梁厚度呈抛物线形变化。采用多层金属片构成的阶梯梁可以对该变厚度等应变结构进行近似。验证实验采用MacroFiberComposite(MFC)作为能量转换压电片，制作了四层阶梯梁能量回收装置，并与等截面能量回收装置进行对比。实验证明同样条件下，MFC的能量在阶梯梁结构下是等截面梁结构下的2.04倍。
压电能量回收;振动能量;等应变;阶梯梁;电池供电;微机械系统
中国科学技术大学
硕士
测试计量技术及仪器
冯志华
2009
中文
TN712.5;TH15
56
2009-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）