【摘要】：微能源具有體積小、功率密度高、壽命長、綠色環(huán)保等優(yōu)點，是解決微型器件與系統的電源問題的有效途徑，受到了國內外研究者的廣泛關注。目前微能源的研究主要針對環(huán)境中的動能、熱能、太陽能等方面的收集與轉化，而對于風能收集的微能源研究較少�；陲L致振動機理的微型風能收集器具有體積小、結構簡單等優(yōu)點，是微型風能收集器的主要研究方向。 論文針對環(huán)境中廣泛存在的風能，提出了一種基于顫振機理的微型壓電風致振動能量收集器�；趬弘娦�，建立了微型壓電風致振動能量收集器的單向耦合集總參數模型、單向耦合分布參數模型和雙向耦合分布參數模型，完成了模型的修正；提出了壓電梁與柔性梁復合的顫振新結構，建立了微型風致振動能量收集器在軸向風中的線性顫振模型和非線性顫振模型；研究了微型壓電風致振動能量收集器的設計方法，提出了T型柔性梁結構、非流線體結構、逆風顫振結構等優(yōu)化結構；完成了微型壓電風致振動能量收集器可靠性封裝設計和器件的加工，研制出了原理驗證樣機；搭建了測試分析平臺，完成了原理樣機的性能測試與分析。研制出的原理樣機體積0.1cm3，在風速12.2m/s時，開路電壓有效值為16.4V、輸出功率為3.1mW。 論文主要工作是： ①研究分析了微型風能收集器的國內外研究現狀以及存在的科學與技術問題，提出了基于顫振機理的微型壓電風致振動能量收集器研究方案； ②基于Euler懸臂梁理論，建立了微型壓電風致振動能量收集器單向耦合的集總參數模型與分布參數模型，研究了不同激勵下的輸出性能；基于雙向壓電耦合效應，建立了雙向耦合分布參數模型，修正了單向耦合模型；采用有限元分析方法對理論模型進行了驗證； ③提出基于顫振機理的壓電梁與柔性梁復合的新結構，基于非定常流氣動理論方程、Euler懸臂梁理論建立了顫振機理的線性理論模型，采用切比雪夫配點法完成了數值求解；基于Lighthill氣動力學模型、懸臂梁的不可拉伸條件建立了非線性顫振理論模型，采用Galerkin模態(tài)疊加方法和Houbolt方法完成了非線性顫振模型的數值化求解； ④確定了微型風致振動能量收集器工作風速范圍的設計要求；采用顫振理論模型分析了柔性梁尺寸等因素對顫振臨界風速等性能的影響，確定了柔性梁尺寸范圍；研究了降低臨界風速的方法，提出了T型柔性梁、非流線體和逆風顫振結構等三個優(yōu)化設計方案；開展了微型風致振動能量收集器可靠性封裝設計； ⑤完成了微型風致振動能量收集器的加工與組裝，研制出了原理樣機；搭建了小型風洞測試平臺和振動測試平臺；分析了微型風致振動能量收集器的顫振過程，完成了順風結構、T型柔性梁結構、非流線體結構和逆風結構等器件的性能測試與分析；研究了環(huán)境風的變化對微型風致振動能量收集器性能的影響，完成了器件的過載保護與封裝。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TK82
【圖文】：

主要從微型轉動風能收集器、理的微型風能收集器、諧振腔結構的微器的研究現狀。能收集器器是大型的風力發(fā)電機，主要由風扇、收集風能發(fā)生旋轉，通過轉動機構帶動如下幾個問題：① 結構復雜，微型結構力和材料疲勞在微尺度下更加顯著，可靠器的研究主要集中在早期。國理工學院采用激光加工技術制備了 SU了平面銅線圈，組裝成電磁式微型轉動風 35L/min 流量（約 20-30m/s 的風速）下的渦輪風能收集器還存在線圈匝數少、

[29-30]，風扇的輸出軸帶動一個凸軸系統轉動。12 個一個圓環(huán)上，另一端與凸軸咬合，旋轉的凸軸撥動擺動。在 6Hz 的擺動頻率下，負載 4.6 k ，輸出速成線性關系，但是在 19.3km/h 的風速下壓電片 Chang 等人[31]利用扇葉的轉動，將穩(wěn)定流轉化為風F 壓電膜發(fā)生交替的振動，由 PVDF 將風能轉化為出電壓 4.05V。2012 年南京理工大學孫加存等人[板，每轉一周就撥動 PZT 壓電片 4 次，實現了風能，輸出功率最大 1.16mW。壓電懸臂梁的微型轉動風能收集器首先將風能轉化壓電梁的振動，最后由壓電效應轉化為電能，發(fā)生失較大，器件的效率低。

【參考文獻】

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本文編號：2732909