The Centrifugal Softening Effect of an Inverse Nonlinear Energy Harvester in Low-frequency Rotational Motion for Enhancing Performance

绕固定轴旋转 能量收集 转动能 转速 反向 非线性系统 声学 逆动力学 电压 物理 旋转配分函数 能量(信号处理) 机械 材料科学 电气工程 经典力学 工程类 转动跃迁 数学 角动量 几何学 运动学 量子力学
作者
Xutao Mei,Shengxi Zhou,Bo Yang,Tsutomu Kaizuka,Kimihiko Nakano
标识
DOI:10.1109/powermems49317.2019.41031604008
摘要

Recently, various nonlinear energy harvesters, which is aimed to provide the power supply for wireless sensors, are designed to harvest rotational energy. However, there are few studies for energy harvesting from rotational motion when the rotational speed is less than 120 rpm (2 Hz). In this paper, an inverse nonlinear piezoelectric energy harvester (PEH) is proposed for enhancing performance in low-frequency rotational motion via the centrifugal softening effect. In addition, according to Lagrange equation, the related theoretical model is derived. Furthermore, the experiments between the forward and inverse configurations in rotational motion are conducted under the rotational speeds ranging from 60 rpm to 160 rpm. The experimental results demonstrate that in low-frequency rotational motion the inverse PEH exhibits outstanding performance with the RMS voltage as high as 5 V, which is enough for powering some wireless sensors. Overall, the centrifugal softening effect is verified to be an effect method for energy harvesting in low-frequency rotational motion.

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