高功率密度的螺旋压电能量收集器  

A Spiral Piezoelectric Energy Harvester with High Output Power Density

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作  者:齐炫凯 王艺儒 王德波[1] QI Xuankai;WANG Yiru;WANG Debo(College of Integrated Circuit Science and Engineering,Nanjing University of Posts and Telecommunications,Nanjing Jiangsu 210023,China)

机构地区:[1]南京邮电大学集成电路科学与工程学院,江苏南京210023

出  处:《传感技术学报》2025年第3期394-401,共8页Chinese Journal of Sensors and Actuators

基  金:国家自然科学基金青年资助项目(61904089);江苏省自然科学基金青年资助项目(BK20190731)。

摘  要:为了提高压电能量收集器的输出功率密度,提出了一种螺旋共质量块式压电能量收集器。该螺旋共质量块压电能量收集器采用四根同心螺旋悬臂梁共用环绕式质量块的设计,可以产生更大的振动,从而降低谐振频率并增加输出功率。理论分析了该螺旋压电能量收集器的输出特性,结果表明当压电片长度为18.75 mm时,理论输出功率最大。加工并测试了压电片长度为18.75 mm螺旋压电能量收集器,测试结果表明,当激励频率为107.2 Hz时,最大开路输出电压幅值为47.8 V;当负载电阻为200 kΩ时,最大输出功率可达2 635μW,与理论结果误差较小。该螺旋共质量块压电能量收集器具有较高的输出功率密度,可以满足微型无线传感器系统的自供电要求。In order to improve the output power density of piezoelectric energy harvester(PEH),a spiral common-mass PEH is proposed.In this spiral PEH,the compact design of four concentric-type spiral beams and a wraparound proof mass is introduced,which can generate greater vibration,thereby reducing the resonant frequency and increasing the output power.The output characteristics of this spiral piezoe-lectric energy harvester is studied,it is found that the theoretical output power is the highest when the length of piezoelectric material is 18.75 mm.The spiral PEH with the length of piezoelectric material being 18.75 mm is fabricated and measured.The measured results show that the maximum open-circuit output voltage is 47.8 V when the frequency of excitation is 107.2 Hz.The output power can reach 2635μW when the load resistance is 200 kΩ,which is in good agreement with the theoretical results,and the error is small.Therefore,the proposed spiral PEH can obtain high output density,and can meet the self-power requirement of micro wireless sensor systems.

关 键 词:螺旋悬臂梁 压电能量收集 集总参数建模 谐振频率 输出性能 功率密度 

分 类 号:TH89[机械工程—仪器科学与技术] TP212.1[机械工程—精密仪器及机械] TM919[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]

 

参考文献:

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二级参考文献:

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引证文献:

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相关期刊文献:

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