旋磁激励式压电悬臂梁发电机性能分析与试验

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1、学兔兔www.xuetutu.com第5O卷第8期机械工程学报VO1．50NO．82014年4月J0URNAL0FMECHANICALENGINEERINGApr．2014DoI：10．3901，JME．2014．08．144旋磁激励式压电悬臂梁发电机性能分析与试验宰阚君武于丽王淑云李洋陈一峰金贤芳f浙江师范大学精密机械研究所金华321004)摘要：为满足旋转机械监测系统的自供电需求，提出一种由旋转磁铁与压电梁端磁铁耦合激励(简称旋磁激励)的新型压电悬臂梁发电机。建立磁力冲击载荷作用下压电梁动态响应模型，通过数值分析方法获得转速、载荷作用时间以及周期tg(载荷作用时问与振动周

2、期之比)对压电梁动态响应特性(响应波形及放大比)的影响规律。结果表明，低速时属于脉冲激励，压电梁不发生共振，而高速时属周期激励且存在多个最佳转速使放大比最大。此外，周期比给定时存在最佳转速使放大比最大，转速固定时存在最佳周期比使放大比最大、且最佳周期比随转速增加而增加。在此基础上，测试分析旋转磁铁转速／磁铁厚度以及压电粱端附加质量对发电机发电能力及特性的影响规律，证明旋磁激励式发电机原理的可行性及理论分析结论的合理性；此外，通过确定合理的冲击载荷或采用多个具有不同谐振频率压电梁同步工作的方法可有效提高发电机的速带宽度，实现较大转速范围的实时供电。关键词：压电；发电机；旋磁激励

3、中图分类号：TN384；TM619PerformanceAnalysisandTestofPiezo·cantileverGeneratorExcitedbyRotaryMagnetKANJunwuYULiWANGShuyunLIYangCHENYifengJINXianfang(InstituteofPrecisionMachinery,ZhejiangNormalUniversity,Jinhua321004)Abstract：Tomeetthedemandsofrotatingmachinemonitoringsystemforself-power,anovelpiez

4、o—cantilevergeneratorexcitedbythecouplingefectbetweenrotatingmagnetsandthosefixedonthepiezo—cantileverispresented．Toobtaintheinfluenceofrotatingspeedofmagnet／durationofexcitingandperiod—ratio(durationofexcitingtoexcitingperiod)ontheresponseperformanceofpiezo-cantilever(waveformandamplificat

5、ionfactor)，adynamicresponsemodelforthepiezo—cantileverundermagneticimpactforceestablishedandsimulated．Theanalyticalresultsshowthatthemagneticforceispulseloadforlowrotatingspeed．While，themagneticforcebelongtoperiodloadforhighrotatingspeed．Inthiscase，therearemultipleoptimalrotatingspeedsforth

6、epiezo·cantilevertoachievemaximalamplificationfactor．Furthermore，thereisanoptimalrotatingspeedundergivenperiod—ratio(oranoptimalperiod-ratioundergivenrotatingspeed)fortheamplificationfactortoachievepeak．Onthebasesoftheoreticalresearch，piezo—cantilevergeneratorsarefabricatedandtestedtoobtain

7、edinfluenceofrotatingspeed，magnetthickness，andend—massofthepiezo-cantileveronthegeneratedvoltage．Thetestresultsshowthefeasibilityofthenovelpiezo—cantilevergeneratorandvalidityoftheoreticalresults．Besides，theefectivespeed—bandforreal—timeself-poweringcanb