机械工程学报 ›› 2025, Vol. 61 ›› Issue (10): 495-511.doi: 10.3901/JME.2025.10.495
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周宇洋1,2, 张海彬1,2, 陈渊博1,2, 李康康1,2, 汪御飞1,2, 王光庆1,2
ZHOU Yuyang1,2, ZHANG Haibin1,2, CHEN Yuanbo1,2, LI Kangkang1,2, WANG Yufei1,2, WANG Guangqing1,2
摘要: 提出基于离心场、磁场和重力场等多场耦合协同增强的旋转能量采集器性能调谐方法,设计构建集内、外向磁-机-压电悬臂梁机构于一体的旋转振动能量采集器。利用离心力、磁力和重力的耦合协同作用,内、外向压电悬臂梁分别产生刚度软化和硬化效应,实现能量采集器低频和高频工作范围的同步拓展;进一步利用离心力、磁力和重力的耦合协同作用在内、外向压电悬臂梁上产生周期性的附加激励,实现能量采集器的动态响应幅值和输出电功率同步增强。利用能量法和Hamilton原理建立旋转能量采集器的关键动力学行为分析模型,仿真分析离心力、磁力和重力等对能量采集器动态输特性和频带调谐机理的影响规律。试验结果表明多场耦合作用下内、外向压电梁的工作频带分别提高了2.5 Hz和5.5 Hz,输出电压分别提高了1.9 V和2.6 V,最大输出功率达到0.055 mW。研究结果为开发设计高性能的宽频旋转振动能量采集器提供理论和试验参考。
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