基于宽频-多模态的复合俘能器的解析模型与实验研究

发布时间：2024-03-03 18:30

　　为提高单频压电振动俘能器的能量转换效率和工作频带,结合压电和电磁能量转换机制,提出了一种新的混合俘能器系统。该系统由PZT悬臂梁、弹性悬挂磁铁块、粘附于悬臂梁末端磁铁块及谐振器等组成,引入谐振器及磁铁可实现增加系统模态数量和非线性。基于此混合振动俘能器建立了改进型连续体机电耦合解析模型,并由龙格-库塔算法进行了求解。在此基础上,研制了振动俘能器原理样机,并搭建了实验系统,通过实验和解析评估方法完成了单一式和复合式俘能器性能比对和评估;研究表明,所研究的混合型振动俘能器相对常规振动能量俘集原理可实现较宽的频率范围及多模态振动能量俘集,且能量俘集效率明显提高,具有较好的应用前景。

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【部分图文】：

图1混合俘能器(BMPEH)的结构示意图

所提出的改进型混合式振动俘能器如图1所示,该系统包括PZT悬臂梁、通过弹簧悬挂于末端的磁铁块、粘附于悬臂梁末端的磁铁块以及谐振器。当装置随着基础振动时,附有PZT的梁通过压电效应来收获能量,而铜线圈通过切割振荡的磁感线来收集能量,粘附在末端的磁铁块受到非线性磁力的作用,谐振器增加....

图2BMPEH在平移激励下的运动模型

Erturk等建立了压电片悬臂梁的数学模型,但在悬臂梁上附加谐振器、磁力激振器、引入电磁效应后其机电耦合连续体模型及其相关特性还需进一步研究。图1所示的系统可以表示为机电耦合连续体模型,装置在基础激励下的运动如图2所示。图2(a)中,xa为谐振器1与悬臂梁连接处到悬臂梁固定端的水....

图3矩形磁铁间结合尺寸示意图

由于振动位移wrel与(xl)与磁铁间距d相比一般很小,因此磁力F可以近似为两个矩形磁铁之间时的排斥力。矩形磁铁的几何尺寸如图3所示。磁力F具体表达式为

图4轴向磁力随振动位移变化

f′r=fr1-ft/Fb?????????(9)其中,fr是悬臂梁在没有轴向力作用下的共振频率,f′r悬臂梁在在有轴向磁力ft作用下的共振频率,Fb是临界压力。悬臂梁的临界压力为0.949N,从下式可以得到

本文编号：3918202