基于谐振腔和簧片阀结构的风能回收装置

【摘要】： 能量回收装置回收利用外界环境中的能量,为便携式器件或传感器网络节点供电,实现电子器件的自主供能,可以有效的解决目前电池供电带来的一系列问题,有广泛的应用潜力和巨大的研究价值。风能作为环境中普遍存在的一种能量源,可以采用电磁或压电的方式对其进行回收。本文主要采用压电式。压电能量回收利用压电效应,将机械能直接转化为电能。 压电风能回收装置利用某种装置首先把风能装换为振动能,再利用压电陶瓷把振动能转换为电能。现有的一些研究主要是利用轴加凸轮机构来让风能转换为振动能,他们有一些缺点:结构复杂、寿命比较短、能量转换效率不高。 本文介绍了一种新的类似于口琴腔结构的谐振腔结构风能回收装置。在谐振腔的配合下,在根部贴有压电陶瓷片的簧片可以在腔体的出气口自由地振动,从而产生电能。进气口的尺寸大约是3cm×2cm,把该装置放在6.4MPH到22MPH的风速范围内测试,并且使用一个0.46M的电阻做负载,可以输出0.5mW-4.5mW的电能。该装置的能量转换效率可以达到2.4%。 【关键词】：压电陶瓷 能量回收 风能回收 谐振腔
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TK8
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 背景8-10
• 1.2 外界的能量源10-14
• 1.2.1 人体能量10-11
• 1.2.2 环境能量11-13
• 1.2.3 各种能源的比较13-14
• 1.3 几种振动能量回收方式14-17
• 1.3.1 电磁式14-15
• 1.3.2 静电式15-16
• 1.3.3 压电式16-17
• 1.3.4 回收方式对比17
• 1.4 压电能量回收的应用17-19
• 小结19-20
• 第二章 压电风能回收20-39
• 2.1 压电能量回收基础20-30
• 2.1.1 压电陶瓷的压电效应20-24
• 2.1.2 压电材料24-27
• 2.1.3 压电能量回收方式27-28
• 2.1.4 压电能量回收电路28-30
• 2.2 几种微型风能回收装置的介绍30-38
• 2.2.1 基于柔性压电薄膜的风能回收装置30-32
• 2.2.2 旋转电机32-34
• 2.2.3 压电风车34-35
• 2.2.4 新型压电风车结构35-37
• 2.2.5 单簧片结构的风能回收装置37-38
• 小结38-39
• 第三章 基于谐振腔和簧片阀结构的风能回收装置39-54
• 3.1 风能和压电能的计算方法39-40
• 3.2 新型结构提出的过程40-41
• 3.3 装置介绍41-44
• 3.3.1 装置介绍41-42
• 3.3.2 实验装置制作的过程42-44
• 3.4 实验过程及数据分析44-46
• 3.5 理论分析46
• 3.6 簧片阀结构的改进46-53
• 3.6.1 理论依据47-49
• 3.6.2 经典悬臂梁和加强筋悬臂梁的 ANSYS 仿真模拟49-53
• 小结53-54
• 结束语54-55
• 参考文献55-56
• 致谢56-57
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果57

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