刘少刚， 程千驹， 赵 丹， 冯立锋

(哈尔滨工程大学 机电工程学院，哈尔滨 150001)

一种宽频压电能量收集装置的建模与实验研究

刘少刚， 程千驹， 赵 丹， 冯立锋

(哈尔滨工程大学 机电工程学院，哈尔滨 150001)

为拓宽振动压电能量收集装置工作频带宽度，提出一种新型两自由度分段线性能量收集结构，同时为便于未来对该装置进一步的关键参数优化与微小型设计，提出该结构的理论模型并给出解析解结果，通过对实验样机加工与实验平台搭建得到所提出装置发电性能实验结果。对比理论值与实验值表明，所提出装置在第一共振区间与第二共振区间的工作频带宽度分别为2.2 Hz与4.5 Hz，总频带宽度达到6.7 Hz，与相对应两自由度线性系统比较，其拓宽效果达到4.78倍。在误差允许范围内，装置发电性能解析解结果与实验值基本保持一致，所提出装置能够有效拓宽发电工作频带宽度。

分段线性；两自由度；拓宽频带；压电；能量收集

近年来集成电路的快速发展大大减小了微电子元器件的能量损耗，同时由于传统的电池供能所具有的寿命短及更换程序复杂等缺点，收集环境中的清洁能源为微机电系统供能的研究受到越来越广泛的关注[1-5]。相对于其他能量如太阳能、热能而言，振动能具有无处不在的优点，使其成为能量收集最有潜力的能量来源。为实现对振动能量的收集，目前主要有三种能量转换机制，分别为磁电转换[6]、静电转换[7-10]及压电转换[11-17]，其中压电转换机制以其结构紧凑，转换效率高等优势，成为振动能量收集研究的热点。……