一种新型振动发电装置及其建模与实验研究 被引量：18

1

作者 杨晓光 汪友华 +1 位作者 张波 曹莹莹 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第1期113-118,共6页

提出了一种新型的振动发电装置,该装置采用两端固定环形永磁体构成磁弹簧,运动永磁体的内侧和外侧分别缠绕线圈。建立了轴向磁化环形永磁体的输入输出数学模型,利用该模型,得出了电磁力随运动永磁体偏移的特性曲线。采用有限元法分析了... 提出了一种新型的振动发电装置,该装置采用两端固定环形永磁体构成磁弹簧,运动永磁体的内侧和外侧分别缠绕线圈。建立了轴向磁化环形永磁体的输入输出数学模型,利用该模型,得出了电磁力随运动永磁体偏移的特性曲线。采用有限元法分析了发电装置的三维磁场分布和内外侧线圈的输出电压波形;数值仿真得到的电磁力特性曲线与数学模型计算结果一致;利用特性曲线计算出了磁弹簧的固有频率。发电装置输出电压波形的实验测试结果和仿真结果一致;磁弹簧固有频率的测试结果与计算值相吻合。该振动发电装置在振动频率为20Hz,振幅为5mm时,最大输出功率为28.3mW,开路电压的有效值为5.1V。 展开更多

关键词 振动发电装置 电动势 磁弹簧 永磁体

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微型压电陶瓷振动发电技术研究综述 被引量：18

2

作者 齐洪东 杨涛 +2 位作者 岳高铭 韩宾 胡莉 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2007年第5期1-4,共4页

信息技术的飞速发展并没有带动电源技术的快速发展,电源的能量密度没有明显的提高。压电陶瓷振动发电机是一种持久、清洁、免维护的新型发电装置。压电陶瓷发电技术的研究已得到广泛重视,在无线传感器网络自供电方面具有较广阔的应用前... 信息技术的飞速发展并没有带动电源技术的快速发展,电源的能量密度没有明显的提高。压电陶瓷振动发电机是一种持久、清洁、免维护的新型发电装置。压电陶瓷发电技术的研究已得到广泛重视,在无线传感器网络自供电方面具有较广阔的应用前景。分析了压电陶瓷发电的原理,阐述了压电陶瓷的发电方式、电能存储方式、电路匹配的方法及其典型应用,对今后的发展方向和热点问题进行了总结。 展开更多

关键词 压电陶瓷 振动发电 自供电 匹配电路

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新型永磁体外置式直线振动发电机性能研究 被引量：18

3

作者 郭亮 卢琴芬 叶云岳 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第9期1604-1608,共5页

设计了一种新型圆筒式直线振动发电机,采用永磁体外置式结构,绕组和铁心放置在内侧,利用永磁体的振动产生感应电动势,该型发电机可以为小型设备提供低压直流电源.基于常规永磁体内置式振动发电机尺寸,设计了一款永磁体外置式发电机样机... 设计了一种新型圆筒式直线振动发电机,采用永磁体外置式结构,绕组和铁心放置在内侧,利用永磁体的振动产生感应电动势,该型发电机可以为小型设备提供低压直流电源.基于常规永磁体内置式振动发电机尺寸,设计了一款永磁体外置式发电机样机,并采用二维有限元方法对其非线性无边界轴对称磁场进行了系统分析,得到了感应电动势的变化曲线.样机实验结果和有限元分析结果吻合良好,该型发电机与现有的永磁体内置式发电机相比,效率高,永磁体用量少,去磁效应小,电机性能稳定.当2种发电机均以1 m/s速度运行时,永磁体外置式直线振动发电机的空载感应电动势幅值比永磁体内置式发电机高0.6 V左右,效率提高了约1.64%. 展开更多

关键词 直线振动发电机 有限元方法 电动势

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自调谐宽频带压电振动发电机的改进 被引量：8

4

作者 朱莉娅 陈仁文 +1 位作者 刘祥建 隆志远 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期327-332,共6页

压电振动发电机使无线传感器网络实现能量自给。然而,压电振动发电机仅在与外界振源共振时才得到较高的能量转换效率。为此提出一种改进的自适应频率调谐的压电振动发电机,利用同步开关刚度控制电路改变结构固有频率,使之趋近于激励频率... 压电振动发电机使无线传感器网络实现能量自给。然而,压电振动发电机仅在与外界振源共振时才得到较高的能量转换效率。为此提出一种改进的自适应频率调谐的压电振动发电机,利用同步开关刚度控制电路改变结构固有频率,使之趋近于激励频率,是一种控制简单、控制效果好的半主动控制方法。在建立系统机电模型基础上,推导了开关控制电路相关公式,并根据系统特点运用基于梯度法的模型参考自适应控制方法。实验结果与理论分析结果一致,改变调频系数,结构固有频率相对变化率可以达到5.1%,且在一定频率调节范围内可以实现自供能。 展开更多

关键词 压电振动发电机 同步开关 刚度控制 自调谐

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压电式振动发电机的建模及应用(英文) 被引量：16

5

作者 贺学锋 温志渝 温中泉 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期1436-1441,共6页

振动式压电发电机是一种可为旋转机械故障诊断中的无线传感节点供电的微能源。本文设计了由压电悬臂梁、质量块和固定装置组成的振动式压电发电机,并建立了安装在恒速旋转机械上的悬臂梁式发电机的数学模型。分析了轴向分力对悬臂梁刚... 振动式压电发电机是一种可为旋转机械故障诊断中的无线传感节点供电的微能源。本文设计了由压电悬臂梁、质量块和固定装置组成的振动式压电发电机,并建立了安装在恒速旋转机械上的悬臂梁式发电机的数学模型。分析了轴向分力对悬臂梁刚度和发电机频率的影响,在考虑悬臂梁受到轴向力影响的基础上,给出了发电机固有频率、输出电压和输出功率的公式。对一个安装于转动框架上的振动式压电发电机进行了测量,结果表明,当框架转动频率为14 .25Hz时,发电机的输出功率约为35μW,随着旋转机械转动频率偏离发电机固有频率,发电机的输出功率很快降低。 展开更多

关键词 能量获取 振动发电机 压电发电机 微机电系统

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基于粒子群算法的直线振动发电机优化设计 被引量：10

6

作者 郭亮 卢琴芬 叶云岳 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第4期442-446,共5页

设计了一种新型圆筒式永磁直线振动发电机,电机中永磁体放置在绕组外侧,内部通过放置铁心来增大感应电动势的幅值。其结构简单,尺寸多变,可将原来损失的小幅振动能量转化为电能,为小型设备提供低压直流。通过二维有限元对其非线性无边... 设计了一种新型圆筒式永磁直线振动发电机,电机中永磁体放置在绕组外侧,内部通过放置铁心来增大感应电动势的幅值。其结构简单,尺寸多变,可将原来损失的小幅振动能量转化为电能,为小型设备提供低压直流。通过二维有限元对其非线性无边界轴对称磁场进行了系统的分析,得到一系列电机感应电动势与电机尺寸间的变化规律,并以有限元分析结果为基础,结合粒子群优化算法,归纳出通用的优化设计准则和公式。优化结果表明,为了得到更高的材料利用率,应取较大的永磁体外径,且样机实验和有限元分析结果吻合良好。 展开更多

关键词 直线振动发电机 有限元分析 粒子群算法

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磁耦合式压电振动发电机的试验与分析 被引量：3

7

作者 阚君武 王凯 +3 位作者 王进 张忠华 费翔 王淑云 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期887-894,共8页

为提高环境适应性和可靠性,提出一种基于组合换能器的磁耦合式压电振动发电机,该发电机由纵振的耦合器和横摆的组合换能器构成。建立了组合换能器和磁力的COMSOL有限元模型,并进行了仿真分析,获得了组合换能器簧片长度比、厚度比及磁铁... 为提高环境适应性和可靠性,提出一种基于组合换能器的磁耦合式压电振动发电机,该发电机由纵振的耦合器和横摆的组合换能器构成。建立了组合换能器和磁力的COMSOL有限元模型,并进行了仿真分析,获得了组合换能器簧片长度比、厚度比及磁铁间距对发电机输出性能的影响。在此基础上,选取较佳的结构参数(长度比为0.57、厚度比为2),设计制作了样机并进行了试验测试,获得了激励磁铁和受激磁铁间横向距离L_(x)、纵向距离L_(y)、竖向距离L_(z)及负载电阻对发电机输出性能的影响规律。结果表明:激励频率f<20 Hz时,存在两个较佳谐振频率(由小到大分别记为f_(n1)和f_(n2)),使输出电压出现峰值。谐振频率及其所对应的电压峰值均随L_(x),L_(y)及L_(z)的变化而变化,故合理选择激励磁铁和受激磁铁间距可降低f_(n1)、提高f_(n2)及增大输出电压,有效提高发电机的带宽和环境适应性。存在最佳负载电阻使发电机输出功率达到最大,f=11 Hz,R=540 kΩ时所获得的最大输出功率达0.19 mW。 展开更多

关键词 磁耦合 组合换能器 间接激励 压电 振动发电机

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基于永磁振动发电的微功耗电能处理电路 被引量：4

8

作者 王志华 李雨婷 +3 位作者 王莉 陈堂功 冯勇鑫 王博文 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第10期39-43,共5页

永磁振动发电机的输出功率较小,且输出特性受振动环境影响明显,因此开发了一种低功耗电能处理电路,提高供电效率。在人体甩臂运动时,对永磁振动发电机输出的电动势进行测量,计算功率谱密度,确定振动发电机的能量输出集中的频段。以此为... 永磁振动发电机的输出功率较小,且输出特性受振动环境影响明显,因此开发了一种低功耗电能处理电路,提高供电效率。在人体甩臂运动时,对永磁振动发电机输出的电动势进行测量,计算功率谱密度,确定振动发电机的能量输出集中的频段。以此为基础,计算永磁振动发电机的输出阻抗并设计整体电路,包括与发电机阻抗匹配的整流滤波电路、储能电路、升压供电电路。仿真和实验研究,证明电路的工作损耗低于30μW。 展开更多

关键词 永磁振动发电机 随机振动 电能处理 微功耗

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悬臂梁式压电振动发电机的建模及仿真 被引量：4

9

作者 齐洪东 杨涛 +1 位作者 韩宾 胡莉 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第23期6359-6364,共6页

压电振动发电机是一种能量密度大、无污染、结构简单的新型供电装置。从悬臂梁式双压电片机械模型出发,运用压电学和材料力学的基本理论,建立起压电振动发电机的机电耦合模型。将数学模型用传递函数的形式表示,并利用Matlab/Simulink仿... 压电振动发电机是一种能量密度大、无污染、结构简单的新型供电装置。从悬臂梁式双压电片机械模型出发,运用压电学和材料力学的基本理论,建立起压电振动发电机的机电耦合模型。将数学模型用传递函数的形式表示,并利用Matlab/Simulink仿真工具直观地得到输入和输出随时间和负载变化的关系。分别分析了阻性负载和容性负载结构特性和输出特性,并与相关文献的实验结果进行对比。通过对仿真结果的分析和对比,验证了该模型建立的正确性,为优化设计提供了基础。 展开更多

关键词 压电振动发电机 机电耦合模型 仿真 悬臂梁

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振动发电机的系统建模与频率特性分析 被引量：2

10

作者 王志华 张少鹏 +2 位作者 姚涛 吕殿利 张惠娟 《电工电能新技术》 CSCD 北大核心 2017年第11期57-62,共6页

采用两自由度振动模型对振动发电机进行描述,由于非线性磁力的影响,该模型表明电磁式振动发电机是非线性非自治系统。基于该模型,对正弦振动激励下的系统响应进行仿真分析,结果表明,动子与定子的相对位移响应出现了明显的倍频现象,而输... 采用两自由度振动模型对振动发电机进行描述,由于非线性磁力的影响,该模型表明电磁式振动发电机是非线性非自治系统。基于该模型,对正弦振动激励下的系统响应进行仿真分析,结果表明,动子与定子的相对位移响应出现了明显的倍频现象,而输出电动势的频率分布更加复杂,不但有对应激励频率的主振动解和亚谐振动解,而且还有对应固有频率的亚谐振动解和超谐振动解,表明系统具有较强的非线性,且随着输入振动能量增大,系统的非线性特征更加明显。在10Hz正弦振动激励下的测试发现,输出电动势的幅频特性在10Hz、20Hz和30Hz处出现峰值,表明输出电动势出现了明显的倍频信号,实验结果与仿真结果的频率特性一致。 展开更多

关键词 两自由度模型 系统响应 非线性 频率特性 振动发电

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悬臂梁压电式振动发电机材料性能优化研究 被引量：6

11

作者 闫震 何青 +1 位作者 王东平 刘俊峰 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第3期352-356,共5页

具有高能量密度的微型压电振动发电机可以无限、持续地为无线传感器网络提供能量。为了提高有限体积悬臂梁压电式振动发电机的发电能力,通过力学模型及有限元仿真分析了单晶片型式、双晶片并联型式和双晶片串联型式压电振动发电机的材... 具有高能量密度的微型压电振动发电机可以无限、持续地为无线传感器网络提供能量。为了提高有限体积悬臂梁压电式振动发电机的发电能力,通过力学模型及有限元仿真分析了单晶片型式、双晶片并联型式和双晶片串联型式压电振动发电机的材料参数与输出电压及固有频率之间的关系。结果表明,在低频工作环境下,应优先选择PZT-4、PZT-5A、PZT-5H的压电材料和不锈钢、镍合金的基板材料。 展开更多

关键词 无线传感器网络 振动能量收集 压电式振动发电机 有限元仿真

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激励环境下悬臂梁式压电振动发电机性能分析 被引量：17

12

作者 闫震 何青 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第30期140-145,共6页

为了提高有限体积内压电振动发电机的发电能力,针对外力和位移激励环境,通过数学模型及ANSYS仿真分析了单、双晶压电发电机结构参数与输出电压及谐振频率之间的关系并进行了实验验证。研究结果表明,在外力激励环境下,应尽量增加压电梁... 为了提高有限体积内压电振动发电机的发电能力,针对外力和位移激励环境,通过数学模型及ANSYS仿真分析了单、双晶压电发电机结构参数与输出电压及谐振频率之间的关系并进行了实验验证。研究结果表明,在外力激励环境下,应尽量增加压电梁的长度,减小宽度;在位移激励环境下,应尽量降低压电梁的长度。同时,在两种激励环境中,均应优先选用小厚度比的双晶压电梁。 展开更多

关键词 振动能量收集 压电振动发电机 微悬臂梁 有限元分析 发电能力

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利用空气振动发电的引信电源研究 被引量：6

13

作者 杨亦春 赵智江 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 1999年第5期418-421,共4页

试图研究一种利用弹丸在弹道飞行过程中所引起的空气振动来发电的新型引信电源。对弹丸飞行所引起的各种模式的空气振动的特性进行分析，认为激波是主要的噪声源，附面层压力起伏可以直接利用，但能量小，两者可作为发电的主要能量来源... 试图研究一种利用弹丸在弹道飞行过程中所引起的空气振动来发电的新型引信电源。对弹丸飞行所引起的各种模式的空气振动的特性进行分析，认为激波是主要的噪声源，附面层压力起伏可以直接利用，但能量小，两者可作为发电的主要能量来源。设计了利用弹丸激波发电的装置，该装置在弹头有一个导流装置。在对模拟电源装置进行吹风试验检测发电信号的波形和频率等参数的基础上，论证利用该电源装置为无线电引信提供电源的可行性，并对该电源进行了结构设计。 展开更多

关键词 电源 引信 弹道 空气振动发电 弹丸 飞行过程

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压电振动发电机理论建模与发电性能研究 被引量：4

14

作者 何青 闫震 《河北农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期106-110,共5页

为了促进农业生产的现代化和智能化,研究环境信息采集设备—无线传感器网络新的供能方式。以压电方程为基础,结合比能特性,建立了悬臂压电梁发电能力数学模型,分析对比了单晶、双晶串联和双晶并联压电梁输出电压、电荷与电能,最后通过... 为了促进农业生产的现代化和智能化,研究环境信息采集设备—无线传感器网络新的供能方式。以压电方程为基础,结合比能特性,建立了悬臂压电梁发电能力数学模型,分析对比了单晶、双晶串联和双晶并联压电梁输出电压、电荷与电能,最后通过有限元仿真验证,分析结果表明:外力激励环境中,应尽量增加悬臂压电梁长度,减少宽度,同时为了获得较大的输出电压及电能,应优先选用双晶串联压电梁。 展开更多

关键词 无线传感器网络 压电振动发电机 振动能量收集 数学模型

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基于微尺度压电振动发电机的微电源设计 被引量：2

15

作者 王志东 霍睿 张道坤 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期320-323,共4页

为弥补传感器网络传统供电存在的不足,该文设计了一种基于微尺度压电发电机的微电源,其可有效拾取周围环境中的振动能量,从而为低功耗的传感器系统提供电能。该电源由具有微尺度效应的微振动发电机与外部高效的无源峰值监测开关电路集... 为弥补传感器网络传统供电存在的不足,该文设计了一种基于微尺度压电发电机的微电源,其可有效拾取周围环境中的振动能量,从而为低功耗的传感器系统提供电能。该电源由具有微尺度效应的微振动发电机与外部高效的无源峰值监测开关电路集成而得,结合Matlab仿真分析可知,其输出电压可达0.24V;无源峰值监测开关电路能保证压电片间电荷的全部输出,与具有经典接口的微电源相比其输出功率提高了3倍。 展开更多

关键词 尺度效应 压电 微振动发电机 微电源 无源峰值监测开关

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基于微液滴介质和差分电容器的静电式微型振动发电机 被引量：1

16

作者 温中泉 何渝 王晓兰 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期1009-1014,共6页

针对现有悬臂梁式微型振动发电机存在低频响应不敏感,抗冲击能力差等问题,提出了一种利用微液滴介质拾振实现差分电容器变化及电荷转移的静电式微型振动发电机新结构。根据驻极体模型,推导出了差分电容器极板的电荷分布公式;结合微液滴... 针对现有悬臂梁式微型振动发电机存在低频响应不敏感,抗冲击能力差等问题,提出了一种利用微液滴介质拾振实现差分电容器变化及电荷转移的静电式微型振动发电机新结构。根据驻极体模型,推导出了差分电容器极板的电荷分布公式;结合微液滴作受迫正弦振动假设,建立了静电式微型振动发电机的数学模型。采用COMSOL Multiphysics软件对微液滴运动及电容器极板电荷分布进行了仿真,得到了发电机的输出电压幅频特性。制作出了以汞为介质的静电式微型振动发电机样机,进行了样机的性能测试。实验结果表明:该静电式微型振动发电机共振频率为3Hz,在加速度为3 g、振动激励频率为3Hz,负载为1MΩ时,测得样机输出电压峰-峰值为1.21V,输出功率为0.73μW,实现了环境中低频振动能量的获取与转换。 展开更多

关键词 微型振动发电机 静电式发电机 微液滴 驻极体

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供能于无线传感器网络的微型振动发电机结构性能研究 被引量：2

17

作者 闫震 赵辉 王东平 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第4期585-590,共6页

应用微机电加工技术制造的振动发电机可以无限、持续地为无线传感器网络提供能源。为了提高发电能力,通过有限元仿真与实验分析了单压电片型式、双压电片并联型式和双压电片串联型式振动发电机的结构参数对发电能力的影响规律。结果表明... 应用微机电加工技术制造的振动发电机可以无限、持续地为无线传感器网络提供能源。为了提高发电能力,通过有限元仿真与实验分析了单压电片型式、双压电片并联型式和双压电片串联型式振动发电机的结构参数对发电能力的影响规律。结果表明,厚度比小的双压电片串联型式发电机输出开路电压较高;存在某一最优负载,在给定的激励频率下,使得输出功率最大;相同材料、结构参数下,双压电片串联和双压电片并联型式发电机的输出功率基本相同且高于单压电片型式发电机。 展开更多

关键词 无线传感器网络 微能源 悬臂梁压电式振动发电机 实验研究

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磁控形状记忆合金振动发电机原理及建模方法研究 被引量：3

18

作者 张庆新 颉玉寰 李健 《科学技术与工程》 北大核心 2014年第30期33-37,共5页

在能源日益缺乏的今天,环境中普遍存在的振动能量成为很多科技工作者新的能源资源。重点研究磁控形状记忆合金(magnetic controlled shape memory alloy,MSMA)振动发电机的建模问题。为了充分利用MSMA变形率大、易于控制、可逆效应输出... 在能源日益缺乏的今天,环境中普遍存在的振动能量成为很多科技工作者新的能源资源。重点研究磁控形状记忆合金(magnetic controlled shape memory alloy,MSMA)振动发电机的建模问题。为了充分利用MSMA变形率大、易于控制、可逆效应输出感应电压大的特点,提出了利用MSMA的维拉利效应收集振动能量的发电机原理。通过分析MSMA马氏体相变特性和磁畴运动模式,利用吉布斯自由能函数,建立了MSMA振动发电机的数学模型,求出在磁场和振动力共同作用下振动发电机感应电动势与磁化强度和应变量的数学关系。分别分析了外加振动力、施加磁场、振动频率变化时对发电机输出电压的影响。仿真结果验证了利用MSMA合金制作微型振动发电机的可行性及数学模型的正确性。 展开更多

关键词 磁控形状记忆合金 振动发电机 数学模型 电磁感应 磁化强度

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宽频压电振动发电机阵列特性分析与实验

19

作者 邹玉炜 陈永超 桑英军 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2015年第5期785-787,共3页

利用压电振动发电机可实现环境振动能量到电能的转化,压电振动发电机阵列可实现较宽频带的振动能量收集,压电振动发电机的特性研究通常采用机械分析方法,该文采用电路分析方法针对压电振动发电机阵列的串、并联方式进行了特性分析,利用... 利用压电振动发电机可实现环境振动能量到电能的转化,压电振动发电机阵列可实现较宽频带的振动能量收集,压电振动发电机的特性研究通常采用机械分析方法,该文采用电路分析方法针对压电振动发电机阵列的串、并联方式进行了特性分析,利用电子电路仿真软件PSPICE对串、并联不同连接方式下压电发电机阵列的内阻及负载电压与负载功率进行了比较分析,最后设计了一台压电发电机阵列并进行了实验分析,验证了特性分析的正确性。 展开更多

关键词 振动能量 压电振动发电机 宽频 频率 功率

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提高振动发电机充电效率实验研究 被引量：1

20

作者 许小勇 阳宇希 +1 位作者 刘树林 葛东宝 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第7期976-980,共5页

为提高压电单晶悬臂梁振动发电机充电效率,建立集能量捕获存储于一体的振动发电储能系统,测试了同一规格陶瓷片贴于梁不同位置发电机的发电与充电性能,试验发现:在一阶与二阶振动模态下,各存在一个最佳粘贴位置可使发电机充电效率得到... 为提高压电单晶悬臂梁振动发电机充电效率,建立集能量捕获存储于一体的振动发电储能系统,测试了同一规格陶瓷片贴于梁不同位置发电机的发电与充电性能,试验发现:在一阶与二阶振动模态下,各存在一个最佳粘贴位置可使发电机充电效率得到显著提高。在一阶模态下,陶瓷片贴于悬臂梁根部时,发电机充电时间最短;对于二阶模态,陶瓷片贴于梁中间位置的发电机充电最快,并可使电池获得更高的电压。在不同模态下,提高发电机充电效率的一个有效方法是改善陶瓷片贴片位置。 展开更多

关键词 压电单晶梁 振动发电机 模态 压电陶瓷片

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