侯跃谦，朱金志，田晓超，孙禹泽，王海刚，王志聪，王 虎

(长春大学 机械与车辆工程学院，吉林 长春 130022)

0 引 言

压电材料具有节能环保、寿命长、体积小、不受磁干扰等优点[1]，被国内外学者广泛关注。特别是作为节能环保能源将机械能转化为电能发电技术成为研究的热点[2]。例如美国、日本等国家大量开展了对压电发电与能量存储技术进行相关的研究[3-7]。发电技术最为代表性的就是压电悬臂梁式发电，学者对其进行了大量的分析与研究，主要表现在：①对悬臂梁压电换能器进行理论分析和实验测试来研究其发电性能[8-9]；②为提高换能器发电效率对压电方程进行理论推导，得出影响换能器发电效率的表达式及影响因素[10]；③压电悬臂梁结构尺寸、配置位置以及不同质量对发电能力的影响以及不同金属基板材料对能量传递的影响[11-13]。

笔者主要针对单晶片换能器和双晶片换能器发电能力进行实验对比研究，为压电材料发电提供设计理论与技术参考。

1 结构设计与工作原理

单晶片和双晶片压电换能器结构示意图如图1和图2所示。主要由固定支撑部分、压电换能器(金属基板和压电陶瓷材料粘接而成)以及质量块组成。双晶片压电换能器采用双面晶片陶瓷贴置，单晶片压电换能器采用单面晶片陶瓷贴置。由于压电材料具有正压电效应，当压电换能器受到外部作用力时，压电换能器发生弯曲变形，在质量块惯性作用下，压电换能器弯曲变形进一步变大，压电陶瓷材料在外部应力的作用下产生电荷，进而起到发电的作用。……