碰撞和接触式介电弹性体发电机机理及性能研究

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从环境中采集能量为一些小微型电子设备提供能量,对减少化石燃料的消耗和维持社会的可持续发展具有重要的意义。介电弹性体发电机(Dielectric elastomer generator,DEG)是一种新型的静电式发电机结构。由于其能量密度高、质量轻、机电耦合特性好,在能量采集领域受到了国内外科研人员的广泛关注。为了充分发挥DEG在能量采集领域的优势,本文就碰撞式DEG(Vibro-impact DEG,Ⅵ DEG)和接触式 DEG(Contact-type DEG,CT DEG)的能量获取机理和性能进行了研究。为研究Ⅵ DEG的能量获取机理、基本电学输出参数以及介电弹性体薄膜(Dielectric elastomer membrane,DEM)在碰撞激励下的基本材料参数,提出了一种基于小球自由落体的单侧碰撞DEG模型。通过对该模型的研究,充分地揭示了 Ⅵ DEG的能量转换机理,得到了 Ⅵ DEG的基本电学输出参数。并利用该模型开展相关实验,获得了 DEM在不同碰撞速度、预拉伸比和输入下的恢复系数以及最大变形量。其次,为了利用Ⅵ DEG采集风能,提出了一种基于Ⅵ DEG的二叶片涡轮结构,研究该结构基本能量采集性能。此外,进一步研究了 Ⅵ DEG在水平放置下,受到旋转激励作用下能量采集性能。最后,为更好地利用DEG从位移激励中采集能量,提出并研究了一种新型的CT DEG结构,该结构可以利用两个介电弹性体薄膜交替地输出电能。本文针对Ⅵ DEG和CTDEG的相关研究,扩展了 DEG的运用场景,为DEG在风能、旋转能量和位移能量的运用奠定了一定的理论基础。
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