为了实现气动系统低功耗传感器的自供能需求,提出了一种新型磁力辅助式压电俘能器,以此提高俘能器俘获动态气体载荷能的效率。将磁铁间的非接触力作为磁力诱导的预应力施加在压电片中心,当动态气体载荷作用在压电片上时,磁力诱导的预应力可以通过改变压电片的位移来调节压电片表面正负电荷的分布,进而提高俘能器的机电转化效率。仿真研究表明,斥力诱导的预应力可增加俘能器的输出电压,而吸引力诱导的预应力则降低了俘能器的输出电压。采用外径22 mm、厚度0.23 mm的压电单晶片及缸径63 mm、行程150 mm的气缸制作实验样机,利用气动组件搭建测试系统。分别调节压力、周期、流量以及磁力等参数进行实验测试。实验结果表明,当俘能器的最佳匹配负载为0.87 MΩ时,最大的瞬时功率为1.39 m W,俘能器的最大瞬时功率提升12.6%,而引入磁力诱导的预应力...

为实现高压密闭环境的气体能量收集并提高能量转化效率，提出了一种气流冲击式压电阵列发电机。利用压电材料的正压电效应并结合压电本构方程对压电发电机理进行分析，结果表明在高压气体环境下可采用盘型压电片进行气体能量收集，且压电片外圆周需进行机械夹紧固定。设计并制作了一种压电发电阵列实验样机，搭建了实验测试系统。以高压气体为激励源对不同流量、周期及负载条件的改变进行了实验测试。实验结果表明，峰值电压与流量成正比，随着周期的增加峰值电压有小幅度的增长趋势，压电阵列在电学并联的情况下具有最佳的功率输出性能，当周期为0．8s、流量为200L／min、压力为0．3MPa时最佳的输出功率是0．99mW。

气动技术正朝着智能化、无线化的方向发展，越来越多的智能传感器引入到气动系统来实现监测与反馈，因此实现传感器长期稳定的供能是当前气动系统亟待解决的关键问题之一。研究表明，利用压电材料可产生毫瓦级的电能输出，能量级数可以满足低功耗传感器的能耗需求，因此该技术有望作为一种新型的供电技术为电池续航，使低功耗传感器长时间稳定地工作。基于此，介绍了压电能量收集技术的起源，气体激励下的压电俘能器结构与研究现状，以及气动系统压力能转化为电能的相关工作。研究结果表明，压电材料可以将气体压力能直接转化为电能，其单片最大输出功率接近10mW，通过对电能的整理与存储可使气动系统中磁性开关正常工作。该技术可增大电池的使用寿命，甚至将来或可成为气动系统低功耗传感器能量的主要来源。