Design of a disk-swing driven piezoelectric energy harvester for slow rotary system application

摇摆 压电 汽车工程 机械工程 能量(信号处理) 工程类 旋转发动机 能量收集 声学 计算机科学 材料科学 电气工程 物理 量子力学
作者
Saman Nezami,Hyunjun Jung,Soobum Lee
出处
期刊:Smart Materials and Structures [IOP Publishing]
卷期号:28 (7): 074001-074001 被引量:54
标识
DOI:10.1088/1361-665x/ab1598
摘要

This paper presents mathematical modelling of an energy harvester that converts slow mechanical rotation into piezoelectric vibration using a small disk and a pair of magnets, for large-scale machinery monitoring applications such as wind turbine blades. The harvester consists of a piezoelectric cantilevered beam, a gravity-induced disk, and magnets attached to both the beam and the disk. The energy method is used to derive the three coupled equations that describe the motion of the disk, the vibration of the beam, and the harvester voltage output. The equations are solved using ODE45 in MATLAB software and verified by the corresponding experimental study. The result shows varied energy harvesting performance by blade rotational speed. At low blade speed, the harvester generates power by regularized magnetic excitation per blade revolution. At high blade speed, however, the disk behavior becomes chaotic to increase excitation force and power generation. The results show that the model can quantify power as a function of blade speed, and the proposed harvester can generate a considerable amount of power for self-sustainable sensing and monitoring of wind turbine blades.

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