详情

原文传递压电式轮胎发电机的设计与实验

论文题名：	压电式轮胎发电机的设计与实验
关键词：	汽车轮胎;压力监测系统;压电发电机;结构设计;电源管理电路;有限元模型
摘要：	随着无线传感网络深入到汽车的每个角落，如何为轮胎压力检测系统TPMS这类被嵌入到封闭环境或处于相对偏僻的传感器供电成为了难点。目前采用的化学电池存在着需要不断更换和充电的问题，即使是长效电池，更换也是一项费钱费力的事情。因此，研究能量采集装置收集环境中随处可见的热能或机械能，转换为无线传感网络可用的电能成为未来发展的趋势。　　压电式能量采集装置具有结构简单、能量密度高、能量获取渠道广泛的优点，非常适合于为长期工作的微型无线传感网络供能。因此，利用这个特点将其复合在轮胎内部，收集运行中的挠曲形变和振动等机械能为TPMS供电是行之有效的。　　本文围绕PZT压电换能器机理、结构设计和电能存储管理电路等展开研究，针对单个振子电荷量低的状况，提出了一种将阵列式压电振子与轮胎内表面复合的结构设计思想。建立了双层膜压电振子的有限元(FEA)模型，运用ANSYS11.0对不同尺寸的振子进行静力和瞬态分析，得出设计振子尺寸的依据。为了得到较大的输出电流，设计了多振子电量耦合的电能存储管理电路。电路由专门设计的多路电量整流耦合集成器件、储能单元、滞回比较控制电路、电子开关等组成，可以将多路振子的输出电量汇聚在一起，在电子开关打开前无泄漏地对储能器进行充电，实现静态输出功率小，瞬态输出功率大的工作模式。实验表明该设计可以满足TPMS供电的要求。　　文章共分为六章，第一章介绍压电发电的国外研究现状，以及压电发电的多种实际应用。第二章对压电材料换能原理进行了数学理论分析，研究其机电等效模型。第三章建立相应的有限元模型，利用ANSYS对模型进行仿真模拟，并通过输出结果对模型尺寸进行优化设计。第四章介绍所设计的电源管理电路的各部分结构和功能，以及专门设计的多路电量整流耦合集成器件。第五章通过实验在周期为5Hz的固定形变激励下，对比两种PZT压电振子和PVDF薄膜的输出电压。并将振子组粘贴于轮胎内进行实验，得到初步的实验结果，将有助于压电式轮胎发电机设计的进一步优化。第六章对全文进行总结，并展望后续工作。
作者：	钟正青
专业：	光学工程
导师：	廖海洋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文