定质量分数交变气体载荷激励下压电阵列发电机实验 - 农业机械学报.PDFVIP

２０１７年 ２月 农 业 机 械 学 报 第 ４８卷 第 ２期 ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１７．０２．０５５ 定质量分数交变气体载荷激励下压电阵列发电机实验 １ １ １ ２ ３ ４ 程廷海 　王英廷 　付贤鹏 　赵宏伟 　包　钢 　赵希禄 （１．长春工业大学机电工程学院，长春 １３００１２；２．吉林大学机械科学与工程学院，长春 １３００２５； ３．哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨 １５００８０；４．琦玉工业大学工学部机械工学科，深谷 ３６９０２９３） 摘要：提出一种定质量分数交变气体载荷激励的盘型压电阵列发电机，设计了盘型压电阵列发电机的样机结构并 对压电阵列的工作原理进行了分析，理论分析结果表明盘型压电片具有良好的承载能力，适合对具有较高压力的 气体能量进行收集，压电发电量是由气体压缩过程中的体积压缩量、压缩速度、供气压力、周期及流量等多种要素 共同决定的。对盘型压电片进行了有限元仿真分析，分析结果表明盘型压电片适合对高压气体载荷进行能量收集 与转换，压电材料的微小变形就可输出较大的电压。采用外径为１２ｍｍ、厚度为０２ｍｍ的压电单晶片及缸径为６３ｍｍ、行 程为 １５０ｍｍ的气缸设计了实验样机，利用气动组件来模拟气体环境搭建测试系统。分别调节压力、周期、流量等 参数进行了实验测试。实验结果表明，当压力固定时，随着流量的增加峰值电压逐渐升高，盘型压电片并联式具有 较好的效果，当５片压电片并联时最佳匹配电阻为３Ｍ 且最大的瞬时功率为６５３ Ｗ，输出功率可满足低功耗传 Ω μ 感器的能量需求。 关键词：压电阵列发电机；定质量分数；交变气体载荷；能量转换 中图分类号：ＴＨ４９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００１２９８（２０１７）０２０４０７０６ ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｎＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃＰｌａｔｅＡｒｒａｙＥｎｅｒｇｙＨａｒｖｅｓｔｅｒＥｘｃｉｔｅｄｂｙ ＡｌｔｅｒｎａｔｅＨｉｇｈＡｉｒＰｒｅｓｓｕｒｅｗｉｔｈＣｏｎｓｔａｎｔｌｙＧａｓｅｏｕｓＭａｓｓ １ １ １ ２ ３ ４ ＣＨＥＮＧＴｉｎｇｈａｉ　ＷＡＮＧＹｉｎｇｔｉｎｇ　ＦＵＸｉａｎｐｅｎｇ　ＺＨＡＯＨｏｎｇｗｅｉ　ＢＡＯＧａｎｇ　ＺＨＡＯＸｉｌｕ （１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈａｎｇｃｈｕｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００１２，Ｃｈｉｎａ ２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２５，Ｃｈｉｎａ ３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００８０，Ｃｈｉｎａ ４．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳａｉｔａｍａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓａｉｔａｍａ３６９０２９３，Ｊａｐａｎ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｐｌａｔｅａｒｒａｙｅｎｅｒｇｙｈａｒｖｅｓｔｅｒｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈｗａｓｅｘｃｉｔｅｄｂｙｃｏｎｓｔａｎｔｍａｓｓ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄｇａｓ，ａｎｄｔｈｅａｌｔｅｒｎａｔｅｈｉｇｈａｉｒｐｒｅｓｓｕｒｅｃａｎｂｅｒｅｃｏｖｅｒｅｄ．Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｈａｒｖｅｓｔｅｒｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄｅｘ