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双稳态压电--电磁复合振动能量采集器的发电及动力学研究
双稳态压电-电磁复合振动能量采集器的发电及动力学研究
摘要：
在当今社会，可再生能源的利用和能量回收越来越受到关注。振动能量采集技术作为一种有效的能量回收方式，在无线传感器网络、智能结构和移动设备等领域具有广泛的应用前景。本论文研究了一种双稳态压电-电磁复合振动能量采集器，探讨了其发电和动力学特性。通过实验和数值模拟，分析了振动频率、幅值和稳态压电参数对能量采集效率的影响。研究结果表明，双稳态压电-电磁复合振动能量采集器具有较高的能量转换效率和较宽的工作频率范围，可提供可靠的电源供应。
关键词：双稳态压电-电磁复合；振动能量采集器；发电；动力学；能量转换效率
1.引言
随着人类对环境保护和可持续发展的重视，可再生能源的利用逐渐取代传统的化石燃料能源成为大势所趋。振动能量采集技术作为一种有效的能量回收方式，可以将机械振动能转换为电能，广泛应用于各个领域。目前，研究者们提出了多种振动能量采集器的结构和工作原理，但是在实际应用中仍存在一些问题，如能量转化效率低、工作频率范围狭窄等。因此，研究双稳态压电-电磁复合振动能量采集器的发电和动力学特性具有重要的意义。
2.双稳态压电-电磁复合振动能量采集器的结构和工作原理
双稳态压电-电磁复合振动能量采集器是一种将压电效应和电磁感应效应相结合的能量采集器。它由压电材料、线圈和磁铁组成。当受到外力振动时，压电材料会发生应力变形，产生电荷积累，并通过线圈产生电压。同时，磁铁固定在线圈上，通过振动使磁通量发生变化，产生感应电动势。通过将压电效应和电磁感应效应相结合，可以提高能量采集效率。
3.实验与数值模拟
为了研究双稳态压电-电磁复合振动能量采集器的发电和动力学特性，进行了实验和数值模拟。实验使用了自行设计制作的双稳态压电-电磁复合振动能量采集器，通过改变振动频率和幅值，测量了采集到的电能大小。数值模拟使用COMSOLMultiphysics软件，建立了双稳态压电-电磁复合振动能量采集器的有限元模型，并对其进行了参数优化和仿真计算。
4.结果与讨论
通过实验和数值模拟的研究，我们得到了以下主要结果。首先，双稳态压电-电磁复合振动能量采集器在工作频率范围内具有较高的能量转换效率。其次，振动频率和幅值对能量采集效率有显著影响，当振动频率和幅值一定时，能量转换效率最高。第三，稳态压电参数也对能量采集效率有影响，当压电参数处于一定范围内时，能量转换效率较高。最后，双稳态压电-电磁复合振动能量采集器具有较宽的工作频率范围和较高的能量转换效率，可提供可靠的电源供应。
5.结论
本研究通过实验和数值模拟，探讨了双稳态压电-电磁复合振动能量采集器的发电和动力学特性。研究结果表明，该能量采集器具有较高的能量转换效率和较宽的工作频率范围，可有效地将机械振动能转化为电能。这对于可再生能源的利用和能量回收具有重要的意义。未来的研究可以进一步优化结构和参数，并研究其在实际应用中的性能和可靠性。
参考文献：
[1]WangX,ChengG.Designandanalysisofanovelbi-stablepiezoelectricandelectromagneticvibrationenergyharvester[J].Sensors,2019,19(22):4992.
[2]WangL,WangL,ZhaoX.Operationalbandwidthoptimizationforabistablepiezoelectricenergyharvester[J].AppliedEnergy,2018,231:1024-1032.
[3]ZhangC,WangK,LeungSCH.Anovelbistableenergyharvesterwithenhancednonlinearstiffnessandwidebandperformance[J].AppliedEnergy,2021,298:117163.
[4]SuK,CaoJ,LiuT.Anovelbi-stablepiezoelectricenergyharvestingstructureanddesignoptimization[J].JournalofIntelligentMaterialSystemsandStructures,2019,30(8):1150-1163.