【摘 要】
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气动技术因具有高效、安全、低成本等优点被广泛应用于工业自动化生产等领域中,然而气动技术的广泛应用却伴随着大量气体压力能的浪费。如何合理利用这部分气体压力能,推动气动系统的节能化进程成为一个值得研究的方向。基于此背景,本课题提出了一种增频式的实现气体压力能与电能转换的气压能量转换器的设计思路。拟利用气动系统中存在的大量低频率恒定压力气体,首先通过增频结构将其输出为高频率的压力气体,之后将高频压力气体
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（课题名称:利用气缸进排气压力变化致正压电效应的气压能量转换器研究,课题批准号:51775130）；
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气动技术因具有高效、安全、低成本等优点被广泛应用于工业自动化生产等领域中,然而气动技术的广泛应用却伴随着大量气体压力能的浪费。如何合理利用这部分气体压力能,推动气动系统的节能化进程成为一个值得研究的方向。基于此背景,本课题提出了一种增频式的实现气体压力能与电能转换的气压能量转换器的设计思路。拟利用气动系统中存在的大量低频率恒定压力气体,首先通过增频结构将其输出为高频率的压力气体,之后将高频压力气体作为高频输入载荷加载压电材料使其发电,实现气压能量转换气压能向电能转化的功能,最终达到节能效果。论文首先提出了一种气压增频原理:利用行程控制增频机构内部节流口的开启与关闭从而实现对容腔气体压力的调节。在此原理基础上设计了多台肩滑阀结构的气压增频机构模型,并根据阀口流量方程得到不同节流口流量与遮盖量的数学表达式。进一步通过仿真分析得到气压增频机构的基本参数对输出气压的影响规律,实验进一步完善了气压增频机构模型。另一方面,论文开展了对压电材料PVDF力电特性影响因素的初步研究。基于一种受到均布载荷作用和圆周约束下的PVDF单层模型,仿真分析了稳态时基板材料、与基板之间的连接方式、材料结构尺寸对其表面电荷密度影响规律,并基于此规律设计了PVDF的力电特性测试结构。将气压增频机构输出的压力气体加载PVDF膜,证明了气压能量转换器增频加载驱动压电材料发电思路的可行性。
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