Design and Modeling of a Magnetic-Coupling Monostable Piezoelectric Energy Harvester Under Vortex-Induced Vibration

欧米茄 物理 压电 凝聚态物理 多谐振荡器 电气工程 控制理论(社会学) 机械 声学 电压 工程类 计算机科学 量子力学 人工智能 控制(管理)
作者
Chengwei Hou,Xiaobiao Shan,Leian Zhang,Rujun Song,Zhengbao Yang
出处
期刊:IEEE Access [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:8: 108913-108927 被引量:36
标识
DOI:10.1109/access.2020.3000526
摘要

Vortex-induced vibration (VIV) is used by piezoelectric energy harvesters to generate electricity from wind and water flow. In this study, we introduce the nonlinear magnetic force into piezoelectric energy harvesters and develop a nonlinear monostable piezoelectric VIV transducer. We build a distributed-parameter model based on the Euler-Bernoulli beam theory and Kirchhof's law to analyze the dynamic responses of the magnetic-coupling piezoelectric energy harvester (MCPEH). Model results show that the performance of the MCPEH varies greatly with the increase of the load resistance and the length of the used PZT. There are two optimal resistance values for the MCPEH. When $R<; 31.6~\text{k}\Omega $ , both the external load resistance and the PZT length affect the maximum power output. The little optimum resistance value will dwindle with the increase of the PZT length, whereas the large optimum resistance value still fixes at 1.78 $\text{M}\Omega $ with the increase of the PZT length. Due to the resistive shunt damping effect and the kinetic energy of wind, the resonance domain becomes wider in these ranges of load resistance smaller than 31.6 $\text{k}\Omega $ and larger than 316 $\text{k}\Omega $ comparing that when the load resistance is larger than 31.6 $\text{k}\Omega $ and smaller than 316 $\text{k}\Omega $ . Besides, the performance is enhanced by the monostable nonlinear magnetic force, which can be improved by decreasing the value of the distance between moving magnets and fixed magnets. The energy harvester shows a maximum power output of 0.21 mW under excitation of wind velocity is 1.6 m/s when the cylindrical diameter is 20 mm, the PZT length is 30 mm and the load resistance is 0.5 $\text{M}\Omega $ .
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
火星上小土豆完成签到 ,获得积分10
5秒前
杰尼龟的鱼完成签到 ,获得积分10
9秒前
安然完成签到 ,获得积分10
10秒前
张希伦完成签到 ,获得积分10
10秒前
任性翠安完成签到 ,获得积分10
14秒前
dong完成签到 ,获得积分10
16秒前
神说完成签到,获得积分0
18秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
24秒前
Aimee完成签到 ,获得积分10
24秒前
徐彬荣完成签到,获得积分10
25秒前
研友_8yN60L完成签到,获得积分10
26秒前
搜集达人应助科研通管家采纳,获得10
26秒前
光亮的自行车完成签到 ,获得积分10
26秒前
李东东完成签到 ,获得积分10
41秒前
王多肉完成签到,获得积分10
45秒前
Iiiilr完成签到 ,获得积分10
46秒前
杨幂完成签到,获得积分10
47秒前
54秒前
hellokitty完成签到,获得积分10
57秒前
57秒前
小四发布了新的文献求助10
58秒前
1分钟前
西瓜完成签到 ,获得积分10
1分钟前
包容的忆灵完成签到 ,获得积分10
1分钟前
高兴尔冬发布了新的文献求助10
1分钟前
xiang完成签到 ,获得积分0
1分钟前
小四完成签到,获得积分10
1分钟前
FashionBoy应助slayers采纳,获得30
1分钟前
量子星尘发布了新的文献求助10
1分钟前
黑眼圈完成签到 ,获得积分10
1分钟前
jia完成签到 ,获得积分10
1分钟前
如履平川完成签到 ,获得积分10
1分钟前
科目三应助忧伤的步美采纳,获得10
1分钟前
大椒完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
1分钟前
wisdom完成签到,获得积分10
1分钟前
slayers发布了新的文献求助30
1分钟前
1分钟前
e746700020完成签到,获得积分10
1分钟前
高分求助中
【提示信息,请勿应助】关于scihub 10000
Les Mantodea de Guyane: Insecta, Polyneoptera [The Mantids of French Guiana] 3000
徐淮辽南地区新元古代叠层石及生物地层 3000
The Mother of All Tableaux: Order, Equivalence, and Geometry in the Large-scale Structure of Optimality Theory 3000
Handbook of Industrial Diamonds.Vol2 1100
Global Eyelash Assessment scale (GEA) 1000
Picture Books with Same-sex Parented Families: Unintentional Censorship 550
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 冶金 细胞生物学 免疫学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 4038039
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3575756
关于积分的说明 11373782
捐赠科研通 3305574
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1819239
邀请新用户注册赠送积分活动 892655
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 815022