《環境振動驅動壓電電磁集成發電微電源關鍵技術研究》是依託山東科技大學，由杜小振擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：環境振動驅動壓電電磁集成發電微電源關鍵技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：杜小振
- 依託單位：山東科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高能效、長壽命、易集成的微能源技術是微機電系統（MEMS）產品的實用化過程關鍵技術之一。環境振動驅動壓電電磁集成發電微電源綜合了壓電發電和電磁發電的優點，輸出電壓高、輸出電流大，提高了能量轉換效率和能量密度，動力源採用環境中普遍存在的振動能驅動，具有壽命長、適應廣特點。本課題基於壓電轉換和電磁轉換理論基礎探索壓電電磁集成發電系統的換能理論計算模型，對微電源結構作仿真分析，設計壓電與電磁集成發電的微型電源換能結構、能量輸出控制電路等相關技術，根據理論分析及實驗測試結果對微電源進行最佳化設計，研究開發新型的環境振動驅動壓電電磁集成發電微電源原理樣機。本課題的研究成果有望為野外（如無線網節點）或置入結構（如心臟起搏器，管道機器人等）特殊環境條件下的微型感測器提供可靠、長時間的電能，為微型感測網的廣泛套用和快速發展提供能源技術支持。
結題摘要
本課題基於壓電轉換和電磁轉換理論，提出研製壓電電磁集成發電微電源。首先分別研究了壓電發電和電磁發電的理論，建立了計算能量輸出的數值模型，其次對二者的集成發電特點進行了計算分析。根據理論分析結果搭建了基於單懸臂樑拾振結構壓電電磁集成發電實驗的原理模型樣機，並進行了實驗測試研究。為了研究採用微加工技術製作集成發電裝置，經Ansys和Ansoft建模分析確定四圓角-L型懸臂樑結構的壓電發電結構，在拾振結構中心配以釹鐵硼N-30永磁體作為慣性質量並與平面線圈組合構成電磁發電系統，分析了集成發電系統的結構參數與輸出性能關係，從而確定了採用微工藝製造的結構，最終在微加工實驗室探索出壓電電磁集成發電微電源的微加工工藝流程，達到了集成加工、集成發電的研究目的。為了提高環境振動能量採集利用效率，本課題利用壓電電磁的結構特點，研究可調剛度的壓電電磁寬頻發電系統。在本課題的研究過程中將收集環境振動能量的壓電發電原理擴展到利用海洋能發電，設計了基於壓電效用的波浪能發電裝置，完成了理論建模數值計算分析。本課題的研究成果將廣泛套用於微型無線感測網路系統的供能需要，為其提供永恆的能源保障。
