非线性正交耦合型压电能量采集器动力学特性研究OA

为提升压电能量采集器的整体输出性能,设计了一种非线性正交耦合压电能量采集器,采集器采用水平和垂直柔性梁正交结构形式,并在垂直柔性梁末端附加一质量块,正交处设置一对相互排斥的磁铁引入非线性力,利用正交处的耦合性和非线性力使得采集器产生多个模态的运动状态,达到提升能量采集器综合输出性能的目的。利用拉格朗日方程和能量法建立了系统的分布参数式动力学模型,仿真分析了磁铁间距以及采集器关键参数对系统势能阱和动力学特性的影响。研究表明,非线性磁力的引入能提升采集器的输出性能,在外部激励A=5 m/s^(2)的情况下,新型采集器的工作带宽为3.3 Hz~4.6 Hz及10.6 Hz~15.1 Hz,平均输出功率为19μW;缩减水平梁、增长垂直梁、增加末端质量块质量,能提升采集器的工作带宽,同时减少谐振峰值频带间距,相较于传统正交型采集器,新型采集器的工作带宽和平均输出功率分别提高了45%和16.79%。