為提高單頻壓電振動俘能器的能量轉(zhuǎn)換效率和工作頻帶,結(jié)合壓電和電磁能量轉(zhuǎn)換機制,提出了一種新的混合俘能器系統(tǒng)。該系統(tǒng)由PZT懸臂梁、彈性懸掛磁鐵塊、粘附于懸臂梁末端磁鐵塊及諧振器等組成,引入諧振器及磁鐵可實現(xiàn)增加系統(tǒng)模態(tài)數(shù)量和非線性�；诖嘶旌险駝臃芷鹘⒘烁倪M型連續(xù)體機電耦合解析模型,并由龍格-庫塔算法進行了求解。在此基礎上,研制了振動俘能器原理樣機,并搭建了實驗系統(tǒng),通過實驗和解析評估方法完成了單一式和復合式俘能器性能比對和評估;研究表明,所研究的混合型振動俘能器相對常規(guī)振動能量俘集原理可實現(xiàn)較寬的頻率范圍及多模態(tài)振動能量俘集,且能量俘集效率明顯提高,具有較好的應用前景。

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【部分圖文】：

圖1混合俘能器(BMPEH)的結(jié)構(gòu)示意圖

所提出的改進型混合式振動俘能器如圖1所示,該系統(tǒng)包括PZT懸臂梁、通過彈簧懸掛于末端的磁鐵塊、粘附于懸臂梁末端的磁鐵塊以及諧振器。當裝置隨著基礎振動時,附有PZT的梁通過壓電效應來收獲能量,而銅線圈通過切割振蕩的磁感線來收集能量,粘附在末端的磁鐵塊受到非線性磁力的作用,諧振器增加....

圖2BMPEH在平移激勵下的運動模型

Erturk等建立了壓電片懸臂梁的數(shù)學模型,但在懸臂梁上附加諧振器、磁力激振器、引入電磁效應后其機電耦合連續(xù)體模型及其相關特性還需進一步研究。圖1所示的系統(tǒng)可以表示為機電耦合連續(xù)體模型,裝置在基礎激勵下的運動如圖2所示。圖2(a)中,xa為諧振器1與懸臂梁連接處到懸臂梁固定端的水....

圖3矩形磁鐵間結(jié)合尺寸示意圖

由于振動位移wrel與(xl)與磁鐵間距d相比一般很小,因此磁力F可以近似為兩個矩形磁鐵之間時的排斥力。矩形磁鐵的幾何尺寸如圖3所示。磁力F具體表達式為

圖4軸向磁力隨振動位移變化

f′r=fr1-ft/Fb?????????(9)其中,fr是懸臂梁在沒有軸向力作用下的共振頻率,f′r懸臂梁在在有軸向磁力ft作用下的共振頻率,Fb是臨界壓力。懸臂梁的臨界壓力為0.949N,從下式可以得到

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