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An enhanced electromagnetic energy harvester based on dual ratchet structure with secondary energy recovery

棘轮 对偶(语法数字) 能量(信号处理) 棘轮效应 材料科学 物理 机械工程 工程类 工作(物理) 艺术 量子力学 文学类
作者
Xing Liang,Ge Shi,Yinshui Xia,Shengyao Jia,Yuting Sun,Xiangzhan Hu,Mingzhu Yuan,Huakang Xia
出处
期刊:Smart Materials and Structures [IOP Publishing]
标识
DOI:10.1088/1361-665x/ad7711
摘要

Abstract With the continuous advancement of ultra-low-power electronic devices, capturing energy from the surrounding environment to power these smart devices has emerged as a new direction. However, most of the mechanical energy available for harvesting in the environment exhibits ultra-low frequencies. Therefore, the feasibility of self-powering low-power devices largely depends on the effective utilization of this ultra-low-frequency mechanical energy. Consequently, this work proposes an enhanced electromagnetic energy harvester based on a dual ratchet structure with secondary energy recovery. It converts ultra-low frequency vibrations into fast rotational movements by means of a rack and pinion mechanism, thus achieving high power output while maintaining a simple structure. Experimental tests demonstrate that the proposed harvester exhibits excellent power output under ultra-low-frequency external excitation. Under external excitation with a frequency of 1.5 Hz and an amplitude of 22 mm, with the optimal load matched at 20 Ω, the maximum power output reaches 598 mW, with a power density of 1572.65 μW/cm³. The secondary energy recovery power accounts for 34.4 %, resulting in a 52.56 % enhancement in the energy harvester's output performance. Additionally, hand-cranking tests indicate that the fabricated prototype of the electromagnetic energy harvester can power some common electronic devices, including smartphones, showcasing significant application potential.

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