Rendimiento de Captación de Energía de un Nuevo Cosechador de Energía Piezoeléctrico Cuádruple Estable No Lineal con Solo un Imán Externo
Autores: Sun, Shuailing; Leng, Yonggang; Hur, Sunghoon; Sun, Fei; Su, Xukun; Song, Hyun-Cheol; Kang, Chong-Yun
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Rendimiento de Captación de Energía de un Nuevo Cosechador de Energía Piezoeléctrico Cuádruple Estable No Lineal con Solo un Imán Externo
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Recolectores de energía
Cuádruple estable
Parámetros estructurales
Característica de estabilidad
Pozo potencial
Rendimiento
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Los cosechadores de energía piezoeléctrica no lineales y multistables muestran espectros de frecuencia de banda ancha y un excelente rendimiento en la recolección de energía, gracias a su alta potencia de salida relacionada con las transiciones entre pozos. Sin embargo, los cosechadores de energía piezoeléctrica cuatristables existentes contienen demasiados parámetros estructurales, lo que hace que los sistemas sean torpes y aumenta las dificultades del análisis dinámico y la optimización estructural. En este trabajo, se propone un cosechador de energía piezoeléctrica cuatristable no lineal, con solo un imán externo, basado en las características de fuerza magnética entre un imán en forma de anillo y un imán rectangular. Bajo parámetros estructurales seleccionados, a medida que aumenta la separación entre imanes, la característica de estabilidad del cosechador cambia de cuatristabilidad a bistabilidad y luego a monostabilidad. La transformación de la característica de estabilidad resulta de los cambios en la tasa de variación de la fuerza magnética vertical. Posteriormente, bajo el ruido blanco gaussiano filtrado dentro del rango de frecuencia de 0-120 Hz, se simula el rendimiento de recolección de energía del cosechador mediante el clásico método de Runge-Kutta de cuarto orden. Los resultados de la simulación muestran que el rendimiento del cosechador bajo los parámetros estructurales cuatristables es mejor que el de los parámetros estructurales bistables, independientemente de si la aceleración de excitación es pequeña o grande. Este resultado está relacionado con las características del pozo potencial bajo los parámetros estructurales cuatristables y bistables. Más específicamente, las profundidades del pozo potencial bajo los parámetros estructurales cuatristables y bistables son casi las mismas, pero la distancia entre los dos pozos potenciales exteriores bajo los parámetros estructurales cuatristables es mayor que la de los parámetros estructurales bistables. Finalmente, se utiliza un prototipo fabricado para medir el rendimiento experimental del cosechador. Los datos experimentales y los datos estimados comparten la misma tendencia. Este estudio proporciona una nueva concepción y método técnico para el diseño, optimización y aplicación de cosechadores de energía piezoeléctrica cuatristables.
Descripción
Los cosechadores de energía piezoeléctrica no lineales y multistables muestran espectros de frecuencia de banda ancha y un excelente rendimiento en la recolección de energía, gracias a su alta potencia de salida relacionada con las transiciones entre pozos. Sin embargo, los cosechadores de energía piezoeléctrica cuatristables existentes contienen demasiados parámetros estructurales, lo que hace que los sistemas sean torpes y aumenta las dificultades del análisis dinámico y la optimización estructural. En este trabajo, se propone un cosechador de energía piezoeléctrica cuatristable no lineal, con solo un imán externo, basado en las características de fuerza magnética entre un imán en forma de anillo y un imán rectangular. Bajo parámetros estructurales seleccionados, a medida que aumenta la separación entre imanes, la característica de estabilidad del cosechador cambia de cuatristabilidad a bistabilidad y luego a monostabilidad. La transformación de la característica de estabilidad resulta de los cambios en la tasa de variación de la fuerza magnética vertical. Posteriormente, bajo el ruido blanco gaussiano filtrado dentro del rango de frecuencia de 0-120 Hz, se simula el rendimiento de recolección de energía del cosechador mediante el clásico método de Runge-Kutta de cuarto orden. Los resultados de la simulación muestran que el rendimiento del cosechador bajo los parámetros estructurales cuatristables es mejor que el de los parámetros estructurales bistables, independientemente de si la aceleración de excitación es pequeña o grande. Este resultado está relacionado con las características del pozo potencial bajo los parámetros estructurales cuatristables y bistables. Más específicamente, las profundidades del pozo potencial bajo los parámetros estructurales cuatristables y bistables son casi las mismas, pero la distancia entre los dos pozos potenciales exteriores bajo los parámetros estructurales cuatristables es mayor que la de los parámetros estructurales bistables. Finalmente, se utiliza un prototipo fabricado para medir el rendimiento experimental del cosechador. Los datos experimentales y los datos estimados comparten la misma tendencia. Este estudio proporciona una nueva concepción y método técnico para el diseño, optimización y aplicación de cosechadores de energía piezoeléctrica cuatristables.