Modeling and parametric study of a force-amplified compressive-mode piezoelectric energy harvester

能量收集 非线性系统 压电 参数统计 功率(物理) 激发 带宽(计算) 能量(信号处理) 声学 电气工程 工程类 物理 电信 数学 量子力学 统计
作者
Zhengbao Yang,Jean W. Zu,Jun Luo,Yan Peng
出处
期刊:Journal of Intelligent Material Systems and Structures [SAGE Publishing]
卷期号:28 (3): 357-366 被引量:30
标识
DOI:10.1177/1045389x16642536
摘要

Piezoelectric energy harvesters have great potential for achieving inexhaustible power supply for small-scale electronic devices. However, the insufficient power-generation capability and the narrow working bandwidth of traditional energy harvesters have significantly hindered their adoption. To address these issues, we propose a nonlinear compressive-mode piezoelectric energy harvester. We embedded a multi-stage force amplification mechanism into the energy harvester, which greatly improved its power-generation capability. In this article, we describe how we first established an analytical model to study the force amplification effect. A lumped-parameter model was then built to simulate the strong nonlinear responses of the proposed energy harvester. A prototype was fabricated which demonstrated a superior power output of 30 mW under an excitation of 0.3 g ([Formula: see text] m/s 2 ). We discuss at the end the effect of geometric parameters that are influential to the performance. The proposed energy harvester is suitable to be used in low-frequency weak-excitation environments for powering wireless sensors.

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