田会珍, 李丽伟, 郭强伟, 李心仪

(上海电力学院 能源与机械工程学院, 上海 200090)

随着集成电路和微机电系统的快速发展,便携式低功耗电子设备得到了广泛应用。传统的化学电池虽然可以在一定程度上解决电子产品的供电问题,但化学电池的制造和使用都会对环境造成污染,且存在体积大、使用寿命有限、需定期更换等缺点。环境中的振动能是无处不在的,利用能量收集装置,将振动能转换为电能为电子设备供电,无疑是一种清洁、可再生的电能供给方式[1]。其转换方式一般有电磁式[2]、压电式[3]和静电式[4]3种。与电磁式和静电式相比,压电式发电装置具有机电转换效率高、输出电压高、体积小、结构简单且无电磁干扰等优点。随着压电材料性能的不断提升,压电式发电电源的能量密度也不断得到提高,且通过微机电系统易于实现集成化[5],所以压电式发电装置受到了国内外学者的广泛关注。悬臂梁式压电发电振子(以下简称“压电振子”)可以产生最大的挠度,谐振频率较低,对外界激励敏感,因而发电量也较大,应用相对广泛。现有的研究多偏重于悬臂梁压电振子的材料性能[6]、结构尺寸[7]及压电晶体与金属基板的厚度比[8]对发电量的影响,而有关悬臂梁发电振子压电材料和金属材料的长度比对发电量产生影响的研究不多。本文通过对悬臂梁单晶压电振子理论建模和有限元仿真,重点研究了悬臂梁压电振子压电片和金属基板的长度比对输出电压特性的影响,以期在有限长度内获得最高的输出电压。……