重庆理工大学学报（自然科学）

重庆理工大学学报（自然科学） ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (8): 221-228.

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阵列压电式能量采集器仿真研究与实验分析

陈新岗，黄宇杨，马志鹏，李宁一，范益杰   

  1. １．重庆理工大学 电气与电子工程学院，重庆 ４０００５４；２．重庆市能源互联网工程技术研究中心，重庆 ４０００５
  • 出版日期:2024-09-09 发布日期:2024-09-09
  • 作者简介:陈新岗，男，教授，主要从事电气设备在线监测与故障诊断、智能发变电运行与控制研究，Ｅｍａｉｌ：ｃｈｅｎｘｉｎｇａｎｇ＠ｃｑｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ；通信作者 马志鹏，男，博士，讲师，主要从事电气设备状态监测研究，Ｅｍａｉｌ：ｍａｚｈｉｐｅｎｇ＠ｃｑｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。

  • Online:2024-09-09 Published:2024-09-09

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摘要： 以传统单悬臂梁为基础设计的压电式振动能量采集器存在输出电能低和工作频带窄等不足，为此，设计了阵列压电式振动能量采集器，并进行了仿真研究和实验分析。首先对压电悬臂梁工作原理进行了理论分析，通过建立等效电路模型推导出了输出功率和输出电压公式；然后从静力学角度和振动模态角度两方面对阵列压电式振动能量采集器进行了 ＣＯＭＳＯＬ仿真分析，得到了采集器基本振动特性；最后，制作实验样机并搭建实验平台，对样机进行了串联输出和并联输出性能测试。结果表明：共用质量块压电阵列结构虽然输出电能得到了提升，但工作频带相较于单压电悬臂梁并无拓宽，因而使用受限；带不同质量块压电阵列结构的串联输出最大开路电压为 １．７９Ｖ，带宽为 ７．６Ｈｚ，并联输出最大开路电压为 １．７１Ｖ，带宽为 ８．６Ｈｚ，而相同实验环境下的单梁最大开路电压为 １．５６Ｖ，带宽为 ２．４Ｈｚ，故采集器输出性能和工作频带均得到改善，环境适应能力得到增强。

关键词: 压电效应, 压电悬臂梁, 振动能量, 有限元仿真, 阵列

中图分类号: 

  • ＴＭ９３０．２