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簡單分析汽車振動與噪聲能量回收的形式及研究現狀
2018-03-30 17:30:52· 來源：振動與噪聲的能量回收
電磁式振動能量回收是利用電磁感應原理通過磁場把機械能轉化為電能。它的基本原理是：利用永磁體、線圈和一個諧振的振動結構產生電磁感應，將感應到的電能用后續(xù)電路進行提取。
當前振動能量回收技術研究主要分為三種類型：
利用電磁換能裝置將振動機械能轉換為電能的電磁式；
利用靜電發(fā)生器將振動機械能轉換為電能的靜電式；
利用壓電材料的壓電效應將振動機械能轉換為電能的壓電式。
電磁式振動能量回收是利用電磁感應原理通過磁場把機械能轉化為電能。它的基本原理是：利用永磁體、線圈和一個諧振的振動結構產生電磁感應，將感應到的電能用后續(xù)電路進行提取。這種能量回收系統(tǒng)的優(yōu)點是成本低、輸出功率大，缺點是感應到的電壓很小，雖然可以通過使用變壓器、提高線圈圈數或提高磁場強度來進一步提高感應電壓，但以上各種方法都在尺寸上受到限制;并且輸出功率隨著系統(tǒng)體積的減小而大幅降低。
靜電感應是物體內的電荷因受外界電荷的影響而重新分布的現象?，F在的微型靜電能量回收裝置構造與電容相似，它是通過變容二極體因振動造成的容量變化來獲取靜電學能量。由于這種方法具有IC相容性，可大量利用IC生產中的成熟工藝和技術，進行低成本、大批量的生產。與電磁方法相比，相同尺寸可以獲得更高的輸出電壓。但是，為了實現電容兩端的電壓約束或電容的電荷約束，需要獨立的電源支持。
壓電能量回收是利用壓電材料從周圍振動的環(huán)境中提取有用的能量，這種方法正在被越來越多的關注。壓電材料具有晶體結構，具備將施加在自身上的電勢能轉化為機械應變的能力；反過來，也具有將機械應變能轉化為電荷的能力。前者可以用于主動振動控制，后者的特性使得壓電材料能夠吸收周圍環(huán)境如基體結構振動的機械能，并轉化為電能來維持其它電子設備的正常工作。
三種振動能量回收系統(tǒng)的能量密度
從上表可以看出，與靜電式和電磁式兩種振動能量轉化方式相比，壓電式能量回收裝置可以達到相對更高的功率密度。另外，壓電式能量回收裝置由于結構簡單，易于系統(tǒng)集成于微型化，使其在實際中得到更廣泛應用。
汽車振動與噪聲來源形式
汽車振動與噪聲能量回收研究
1. 制動能量回收
制動能量吸收方案主要有電阻耗能型、蓄電池儲能型、電容儲能型、飛輪儲能型和超導儲能型,電阻耗能只能將電能轉化為熱能排掉，造成能源浪費;蓄電池儲能系統(tǒng)的電池使用壽命不夠長，大量使用電池對環(huán)境造成污染;飛輪儲能質量很大，摩擦耗能問題嚴重，飛輪工作壽命短;超導儲能裝置的單位體積儲存的能量較低，在實用技術上有一定的困難。超級電容被廣泛地應用于儲能裝置中，它具有快速充放電、低污染、高效率和維護費用低等特點。
2. 振動能量回收
目前較為成熟，也較為廣泛關注的是基于壓電振動的能量回收技術。壓電材料可按多種構成形式應用于壓電能量回收系統(tǒng)中，而壓電能量回收系統(tǒng)又可以通過改變壓電材料屬性，改變壓電單元工作模式，利用多層化來增加壓電體有效容積，改變壓電振子的結構形式以及調節(jié)系統(tǒng)的諧振頻率等方法改變壓電能量回收裝置的構成形式來提高其能量回收的效率和性能。
汽車振動能量回收發(fā)電懸架：
回轉發(fā)電機式
直線電機式
液壓式
3. 噪聲能量回收
噪聲屬于聲音的一種，它的特點就是通過聲源的無規(guī)則運動產生振動，然后通過壓電材料的正壓電效應，將機械振動轉化為電能。
4. 聲發(fā)電機
韓國研究人員利用人耳吸收聲波的原理，制造出了仿照人耳吸收聲音的鼓膜的噪聲發(fā)電機。這種發(fā)電機是一種名為“聲雷”(Sonea)的概念機，這個概念機內儲存有碳酸鹽、丙烯腈等化學物質，可以將噪聲沖擊波對仿生鼓膜的振動能轉化為化學能儲存起來，當和電器相連時就可釋放出電能。“聲雷”發(fā)電機可以利用帶狀的電源線相互串聯在一起，也可以按照需求進行組裝，盡可能地吸收更多的噪聲。它們就像是一些特大號的電池一樣，在需要的時候可以釋放出電能，目前已經可以為手機、電視機和筆記本電腦等電器供電。
“聲雷”發(fā)電機可以根據需要拼裝成不同形狀
“聲雷”發(fā)電機結構圖
連成片的“聲雷”發(fā)電機
利用電磁換能裝置將振動機械能轉換為電能的電磁式；
利用靜電發(fā)生器將振動機械能轉換為電能的靜電式；
利用壓電材料的壓電效應將振動機械能轉換為電能的壓電式。
電磁式振動能量回收是利用電磁感應原理通過磁場把機械能轉化為電能。它的基本原理是：利用永磁體、線圈和一個諧振的振動結構產生電磁感應，將感應到的電能用后續(xù)電路進行提取。這種能量回收系統(tǒng)的優(yōu)點是成本低、輸出功率大，缺點是感應到的電壓很小，雖然可以通過使用變壓器、提高線圈圈數或提高磁場強度來進一步提高感應電壓，但以上各種方法都在尺寸上受到限制;并且輸出功率隨著系統(tǒng)體積的減小而大幅降低。
靜電感應是物體內的電荷因受外界電荷的影響而重新分布的現象?，F在的微型靜電能量回收裝置構造與電容相似，它是通過變容二極體因振動造成的容量變化來獲取靜電學能量。由于這種方法具有IC相容性，可大量利用IC生產中的成熟工藝和技術，進行低成本、大批量的生產。與電磁方法相比，相同尺寸可以獲得更高的輸出電壓。但是，為了實現電容兩端的電壓約束或電容的電荷約束，需要獨立的電源支持。
壓電能量回收是利用壓電材料從周圍振動的環(huán)境中提取有用的能量，這種方法正在被越來越多的關注。壓電材料具有晶體結構，具備將施加在自身上的電勢能轉化為機械應變的能力；反過來，也具有將機械應變能轉化為電荷的能力。前者可以用于主動振動控制，后者的特性使得壓電材料能夠吸收周圍環(huán)境如基體結構振動的機械能，并轉化為電能來維持其它電子設備的正常工作。
三種振動能量回收系統(tǒng)的能量密度
從上表可以看出，與靜電式和電磁式兩種振動能量轉化方式相比，壓電式能量回收裝置可以達到相對更高的功率密度。另外，壓電式能量回收裝置由于結構簡單，易于系統(tǒng)集成于微型化，使其在實際中得到更廣泛應用。
汽車振動與噪聲來源形式
汽車振動與噪聲能量回收研究
1. 制動能量回收
制動能量吸收方案主要有電阻耗能型、蓄電池儲能型、電容儲能型、飛輪儲能型和超導儲能型,電阻耗能只能將電能轉化為熱能排掉，造成能源浪費;蓄電池儲能系統(tǒng)的電池使用壽命不夠長，大量使用電池對環(huán)境造成污染;飛輪儲能質量很大，摩擦耗能問題嚴重，飛輪工作壽命短;超導儲能裝置的單位體積儲存的能量較低，在實用技術上有一定的困難。超級電容被廣泛地應用于儲能裝置中，它具有快速充放電、低污染、高效率和維護費用低等特點。
2. 振動能量回收
目前較為成熟，也較為廣泛關注的是基于壓電振動的能量回收技術。壓電材料可按多種構成形式應用于壓電能量回收系統(tǒng)中，而壓電能量回收系統(tǒng)又可以通過改變壓電材料屬性，改變壓電單元工作模式，利用多層化來增加壓電體有效容積，改變壓電振子的結構形式以及調節(jié)系統(tǒng)的諧振頻率等方法改變壓電能量回收裝置的構成形式來提高其能量回收的效率和性能。
汽車振動能量回收發(fā)電懸架：
回轉發(fā)電機式
直線電機式
液壓式
3. 噪聲能量回收
噪聲屬于聲音的一種，它的特點就是通過聲源的無規(guī)則運動產生振動，然后通過壓電材料的正壓電效應，將機械振動轉化為電能。
4. 聲發(fā)電機
韓國研究人員利用人耳吸收聲波的原理，制造出了仿照人耳吸收聲音的鼓膜的噪聲發(fā)電機。這種發(fā)電機是一種名為“聲雷”(Sonea)的概念機，這個概念機內儲存有碳酸鹽、丙烯腈等化學物質，可以將噪聲沖擊波對仿生鼓膜的振動能轉化為化學能儲存起來，當和電器相連時就可釋放出電能。“聲雷”發(fā)電機可以利用帶狀的電源線相互串聯在一起，也可以按照需求進行組裝，盡可能地吸收更多的噪聲。它們就像是一些特大號的電池一樣，在需要的時候可以釋放出電能，目前已經可以為手機、電視機和筆記本電腦等電器供電。
“聲雷”發(fā)電機可以根據需要拼裝成不同形狀
“聲雷”發(fā)電機結構圖
連成片的“聲雷”發(fā)電機
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