Hybrid Electromagnetic and Triboelectric Nanogenerators with Multi-Impact for Wideband Frequency Energy Harvesting

摩擦电效应 悬臂梁 能量收集 宽带 声学 带宽(计算) 非线性系统 振动 纳米发生器 频率响应 电磁场 物理 电气工程 材料科学 功率(物理) 工程类 压电 结构工程 电信 量子力学
作者
Jianxiong Zhu,Aochen Wang,Haibing Hu,Hua Zhu
出处
期刊:Energies [MDPI AG]
卷期号:10 (12): 2024-2024 被引量:36
标识
DOI:10.3390/en10122024
摘要

We present a hybrid electromagnetic generator (EMG) and triboelectric nanogenerator (TENG) using a multi-impact approach for broad-bandwidth-frequency (10–45 Hz) energy harvesting. The TENG and the EMG were located at the middle and the free end of the cantilever beam, respectively. When the system was subjected to an external vibration, the cantilever beam would be in a nonlinear response with multiple impacts from a low frequency oscillator. The mathematical model included a TENG oscillator which can have multiple impacts on the cantilever, and the nonlinear Lorenz force which comes from the motion of the coil in the electromagnetic field. Due to the strong nonlinearity of the impacts from the TENG oscillator and the limited space for the free tip of the cantilever, the dynamic response of the cantilever presented a much broader bandwidth, with a frequency range from 10–45 Hz. We also found that the average generated power from TENG and EMG can reach up to 30 μW/m2 and 53 μW, respectively. Moreover, the dynamic responses of the hybrid EMG and TENG were carefully analyzed, and we found that the measured experimental results and the numerical simulations results were in good agreement.

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