基于振动-压电原理的能量转换器机械设计和理论研究

本研究基于振动-压电原理,对应用于旋转运动的储能器进行了分析和设计。该系统由涂敷了压电涂层以及装载有质量块的悬臂梁组成,整个系统绕着杆轴转动。当杆轴转动时,质量块的重力作用会引起悬臂梁的机械振动,从而产生振动能。继而压电涂层作为能量转换器可以将产生的机械能转换成电能。通过弹性结构的运动方程以及压电转换器的电学特性可以得到输出电能的数学表达式。然后进一步获得了电阻负载的最优化结果以及最大输出功率,并通过PVDF和PZT两种转换器进行了实验验证。结果显示当采用尺寸为50 mm×38 mm×0.1 mm的PZT压电材料时,可以在140 rad/s转速下得到6.5 m W的最大输出电压。