磁力调控驰振压电-电磁复合俘能器设计与研究

作     者：李霞 许云威 刘本学 苏宇锋 田海港 LI Xia;XU Yunwei;LIU Benxue;SU Yufeng;TIAN Haigang

作者机构：郑州大学机械与动力工程学院河南郑州450001 

出 版 物：《压电与声光》 (Piezoelectrics & Acoustooptics)

年 卷 期：2024年第46卷第1期

页      面：128-135页

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金青年基金资助项目(52307253) 中国博士后科学基金特别资助(站前)(2023TQ0314) 河南省重点研发与推广专项(科技攻关)(232102221013) 

主　　题：风致振动 压电俘能 电磁俘能 驰振复合俘能器 磁力调控 

摘      要：为避免驰振俘能器高流速下PZT损坏,使其能在复杂工作环境中具有稳定的输出特性,该文提出了一种利用磁力控制悬臂梁振动幅值的压电-电磁复合俘能器(GPEEH)。引入的非线性磁力可以调控钝体的振幅,提高驰振压电俘能器(PEH)的输出稳定性,改善其对高风速环境的适应性,且能够增加复合俘能器的输出电压。在搭建风洞实验平台和制作实验样机的基础上,研究不同负载电阻、风速、关键结构参数d 0和d 1对俘能器输出特性的影响规律。实验结果表明,当PEH钝体的振幅被磁力限制在一定区间时,钝体的振动频率和速度随着风速的升高而逐渐增加。风速为11.5 m/s时,PEH振动主频率(6.3 Hz)是风速为8.4 m/s时PEH振动主频率(4.3 Hz)的1.4倍。当风速为12 m/s,GPEEH的输出功率为6.18 mW,相较于单一驰振压电俘能器的输出功率提高了47%。其中当风速达到10.5 m/s时,PEH和电磁俘能器(EEH)的输出功率均趋于稳定。