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简单分析汽车振动与噪声能量回收的形式及研究现状
2018-03-30 17:30:52· 来源：振动与噪声的能量回收
电磁式振动能量回收是利用电磁感应原理通过磁场把机械能转化为电能。它的基本原理是：利用永磁体、线圈和一个谐振的振动结构产生电磁感应，将感应到的电能用后续电路进行提取。
当前振动能量回收技术研究主要分为三种类型：
利用电磁换能装置将振动机械能转换为电能的电磁式；
利用静电发生器将振动机械能转换为电能的静电式；
利用压电材料的压电效应将振动机械能转换为电能的压电式。
电磁式振动能量回收是利用电磁感应原理通过磁场把机械能转化为电能。它的基本原理是：利用永磁体、线圈和一个谐振的振动结构产生电磁感应，将感应到的电能用后续电路进行提取。这种能量回收系统的优点是成本低、输出功率大，缺点是感应到的电压很小，虽然可以通过使用变压器、提高线圈圈数或提高磁场强度来进一步提高感应电压，但以上各种方法都在尺寸上受到限制;并且输出功率随着系统体积的减小而大幅降低。
静电感应是物体内的电荷因受外界电荷的影响而重新分布的现象。现在的微型静电能量回收装置构造与电容相似，它是通过变容二极体因振动造成的容量变化来获取静电学能量。由于这种方法具有IC相容性，可大量利用IC生产中的成熟工艺和技术，进行低成本、大批量的生产。与电磁方法相比，相同尺寸可以获得更高的输出电压。但是，为了实现电容两端的电压约束或电容的电荷约束，需要独立的电源支持。
压电能量回收是利用压电材料从周围振动的环境中提取有用的能量，这种方法正在被越来越多的关注。压电材料具有晶体结构，具备将施加在自身上的电势能转化为机械应变的能力；反过来，也具有将机械应变能转化为电荷的能力。前者可以用于主动振动控制，后者的特性使得压电材料能够吸收周围环境如基体结构振动的机械能，并转化为电能来维持其它电子设备的正常工作。
三种振动能量回收系统的能量密度
从上表可以看出，与静电式和电磁式两种振动能量转化方式相比，压电式能量回收装置可以达到相对更高的功率密度。另外，压电式能量回收装置由于结构简单，易于系统集成于微型化，使其在实际中得到更广泛应用。
汽车振动与噪声来源形式
汽车振动与噪声能量回收研究
1. 制动能量回收
制动能量吸收方案主要有电阻耗能型、蓄电池储能型、电容储能型、飞轮储能型和超导储能型,电阻耗能只能将电能转化为热能排掉，造成能源浪费;蓄电池储能系统的电池使用寿命不够长，大量使用电池对环境造成污染;飞轮储能质量很大，摩擦耗能问题严重，飞轮工作寿命短;超导储能装置的单位体积储存的能量较低，在实用技术上有一定的困难。超级电容被广泛地应用于储能装置中，它具有快速充放电、低污染、高效率和维护费用低等特点。
2. 振动能量回收
目前较为成熟，也较为广泛关注的是基于压电振动的能量回收技术。压电材料可按多种构成形式应用于压电能量回收系统中，而压电能量回收系统又可以通过改变压电材料属性，改变压电单元工作模式，利用多层化来增加压电体有效容积，改变压电振子的结构形式以及调节系统的谐振频率等方法改变压电能量回收装置的构成形式来提高其能量回收的效率和性能。
汽车振动能量回收发电悬架：
回转发电机式
直线电机式
液压式
3. 噪声能量回收
噪声属于声音的一种，它的特点就是通过声源的无规则运动产生振动，然后通过压电材料的正压电效应，将机械振动转化为电能。
4. 声发电机
韩国研究人员利用人耳吸收声波的原理，制造出了仿照人耳吸收声音的鼓膜的噪声发电机。这种发电机是一种名为“声雷”(Sonea)的概念机，这个概念机内储存有碳酸盐、丙烯腈等化学物质，可以将噪声冲击波对仿生鼓膜的振动能转化为化学能储存起来，当和电器相连时就可释放出电能。“声雷”发电机可以利用带状的电源线相互串联在一起，也可以按照需求进行组装，尽可能地吸收更多的噪声。它们就像是一些特大号的电池一样，在需要的时候可以释放出电能，目前已经可以为手机、电视机和笔记本电脑等电器供电。
“声雷”发电机可以根据需要拼装成不同形状
“声雷”发电机结构图
连成片的“声雷”发电机
利用电磁换能装置将振动机械能转换为电能的电磁式；
利用静电发生器将振动机械能转换为电能的静电式；
利用压电材料的压电效应将振动机械能转换为电能的压电式。
电磁式振动能量回收是利用电磁感应原理通过磁场把机械能转化为电能。它的基本原理是：利用永磁体、线圈和一个谐振的振动结构产生电磁感应，将感应到的电能用后续电路进行提取。这种能量回收系统的优点是成本低、输出功率大，缺点是感应到的电压很小，虽然可以通过使用变压器、提高线圈圈数或提高磁场强度来进一步提高感应电压，但以上各种方法都在尺寸上受到限制;并且输出功率随着系统体积的减小而大幅降低。
静电感应是物体内的电荷因受外界电荷的影响而重新分布的现象。现在的微型静电能量回收装置构造与电容相似，它是通过变容二极体因振动造成的容量变化来获取静电学能量。由于这种方法具有IC相容性，可大量利用IC生产中的成熟工艺和技术，进行低成本、大批量的生产。与电磁方法相比，相同尺寸可以获得更高的输出电压。但是，为了实现电容两端的电压约束或电容的电荷约束，需要独立的电源支持。
压电能量回收是利用压电材料从周围振动的环境中提取有用的能量，这种方法正在被越来越多的关注。压电材料具有晶体结构，具备将施加在自身上的电势能转化为机械应变的能力；反过来，也具有将机械应变能转化为电荷的能力。前者可以用于主动振动控制，后者的特性使得压电材料能够吸收周围环境如基体结构振动的机械能，并转化为电能来维持其它电子设备的正常工作。
三种振动能量回收系统的能量密度
从上表可以看出，与静电式和电磁式两种振动能量转化方式相比，压电式能量回收装置可以达到相对更高的功率密度。另外，压电式能量回收装置由于结构简单，易于系统集成于微型化，使其在实际中得到更广泛应用。
汽车振动与噪声来源形式
汽车振动与噪声能量回收研究
1. 制动能量回收
制动能量吸收方案主要有电阻耗能型、蓄电池储能型、电容储能型、飞轮储能型和超导储能型,电阻耗能只能将电能转化为热能排掉，造成能源浪费;蓄电池储能系统的电池使用寿命不够长，大量使用电池对环境造成污染;飞轮储能质量很大，摩擦耗能问题严重，飞轮工作寿命短;超导储能装置的单位体积储存的能量较低，在实用技术上有一定的困难。超级电容被广泛地应用于储能装置中，它具有快速充放电、低污染、高效率和维护费用低等特点。
2. 振动能量回收
目前较为成熟，也较为广泛关注的是基于压电振动的能量回收技术。压电材料可按多种构成形式应用于压电能量回收系统中，而压电能量回收系统又可以通过改变压电材料属性，改变压电单元工作模式，利用多层化来增加压电体有效容积，改变压电振子的结构形式以及调节系统的谐振频率等方法改变压电能量回收装置的构成形式来提高其能量回收的效率和性能。
汽车振动能量回收发电悬架：
回转发电机式
直线电机式
液压式
3. 噪声能量回收
噪声属于声音的一种，它的特点就是通过声源的无规则运动产生振动，然后通过压电材料的正压电效应，将机械振动转化为电能。
4. 声发电机
韩国研究人员利用人耳吸收声波的原理，制造出了仿照人耳吸收声音的鼓膜的噪声发电机。这种发电机是一种名为“声雷”(Sonea)的概念机，这个概念机内储存有碳酸盐、丙烯腈等化学物质，可以将噪声冲击波对仿生鼓膜的振动能转化为化学能储存起来，当和电器相连时就可释放出电能。“声雷”发电机可以利用带状的电源线相互串联在一起，也可以按照需求进行组装，尽可能地吸收更多的噪声。它们就像是一些特大号的电池一样，在需要的时候可以释放出电能，目前已经可以为手机、电视机和笔记本电脑等电器供电。
“声雷”发电机可以根据需要拼装成不同形状
“声雷”发电机结构图
连成片的“声雷”发电机
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