基于惯性旋转结构的低频振动能量采集器研究

作     者：徐玮含 罗安信 马鑫宇 鲍晨 汪飞 XU Weihan;LUO Anxin;MA Xinyu;BAO Chen;WANG Fei

作者机构：南方科技大学深港微电子学院深圳518055 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2022年第58卷第20期

页      面：111-119页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(62174077) 

主　　题：振动能量采集 自供电 传感监测 无线传输 

摘      要：对周围环境一些常见振动源进行采样与频谱分析,结果表明,低频振动源分布广泛且通常具有较大的振动加速度,是振动能量采集的理想来源。针对低频振动源,提出一种基于惯性旋转结构的能量采集器,可以将直线运动转换为高速惯性旋转运动,并对其工作原理与动力学模型进行详细分析。试验结果表明,该能量采集器可以从成年人的一次踩踏中收集到85.2 mJ能量,瞬时输出功率最高可达32.2 mW。通过持续收集人体行走产生的能量,该能量采集器能够成功驱动一个无线传感健康监测系统正常工作。此外,通过优化器件的尺寸及结构,该能量采集器还可以被用于采集海洋波浪能量,其平均输出功率可达112.2 mW,功率密度为58.87μW/cm~3,并探究了器件结构参数、外界激励条件等因素对输出的影响。