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    基于駐極體靜電俘能器的優化設計與實驗測試

    路俊虎 金磊 高世橋 高春暉 呂慶山 劉海鵬

    路俊虎, 金磊, 高世橋, 高春暉, 呂慶山, 劉海鵬. 基于駐極體靜電俘能器的優化設計與實驗測試[J]. 工程科學學報, 2018, 40(4): 492-499. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.04.013
    引用本文: 路俊虎, 金磊, 高世橋, 高春暉, 呂慶山, 劉海鵬. 基于駐極體靜電俘能器的優化設計與實驗測試[J]. 工程科學學報, 2018, 40(4): 492-499. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.04.013
    LU Jun-hu, JIN Lei, GAO Shi-qiao, GAO Chun-hui, Lü Qing-shan, LIU Hai-peng. Optimization design and experimental test of an electret-based electrostatic energy harvester[J]. Chinese Journal of Engineering, 2018, 40(4): 492-499. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.04.013
    Citation: LU Jun-hu, JIN Lei, GAO Shi-qiao, GAO Chun-hui, Lü Qing-shan, LIU Hai-peng. Optimization design and experimental test of an electret-based electrostatic energy harvester[J]. Chinese Journal of Engineering, 2018, 40(4): 492-499. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.04.013

    基于駐極體靜電俘能器的優化設計與實驗測試

    doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.04.013
    基金項目: 

    國家"863"計劃基金資助項目(SS2013AA011104)

    詳細信息
    • 中圖分類號: TN712.4

    Optimization design and experimental test of an electret-based electrostatic energy harvester

    • 摘要: 針對環境中的低頻振動能量,建立了一種雙端固支梁振動式駐極體靜電俘能器理論模型.利用Matlab/Simulink數值仿真對靜電俘能器的各項關鍵參數進行了優化.分別研究了靜電俘能器的輸出功率、諧振頻率、半功率帶寬與駐極體表面電位、空氣間隙以及負載電阻的關系.在研究中,外部激勵加速度幅值及駐極體尺寸保持恒定.數值分析結果如下:(1)存在一個最佳表面電位使得靜電俘能器的輸出功率達到最大值,隨著表面電位的增加,軟彈簧效應逐漸增強使得俘能器諧振頻率發生偏移,半功率帶寬逐漸增大.(2)當表面電位一定時,存在一個最佳初始空氣間隙使得功率達到最大,隨著間隙的增大,半功率帶寬隨之減小.(3)當表面電位和空氣間隙保持一定時,存在一個最佳負載使得功率達到最大,隨著負載的減小,諧振頻率發生偏移.(4)當空氣間隙一定時,存在一個最佳負載使得帶寬達到最大,且表面電位越大,相同負載下的帶寬越大.實驗測試了不同負載電阻下俘能器的輸出特性:輸出功率及半功率帶寬都隨著負載電阻的增大,先增大而后減小.當負載電阻為90MΩ時,對應的最大輸出功率為0.188 mW;當負載電阻為330 MΩ時,對應的半功率帶寬達到最大值為4.7 Hz.

       

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    出版歷程
    • 收稿日期:  2017-06-12

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