Modeling and experimental investigation of magnetically coupling bending-torsion piezoelectric energy harvester based on vortex-induced vibration

扭转(腹足类) 振动 压电 材料科学 涡激振动 声学 能量收集 结构工程 物理 功率(物理) 工程类 外科 医学 量子力学
作者
Wentao Sui,Huirong Zhang,Chongqiu Yang,Dan Zhang,Rujun Song,Xiaohui Yang
出处
期刊:Journal of Intelligent Material Systems and Structures [SAGE Publishing]
卷期号:33 (9): 1147-1160 被引量:16
标识
DOI:10.1177/1045389x211048229
摘要

This paper presents a magnetically coupling bending-torsion piezoelectric energy harvester based on vortex-induced vibration from low-speed wind. The theoretical model of the energy harvester was formulated and validated by wind tunnel experiments. Numerical and experimental results showed that the power output and bandwidth of the proposed harvester are improved about 180% and 230% respectively compared with the nonmagnetic coupling harvester. Furthermore, the effects of cylinder, piezoelectric layer, load resistance, and magnetic nonlinear parameters on the harvester were investigated based on the distributed parameter model. The results showed that the length of cylinder hardly affect output power, but the diameter of cylinder presented complicated influences. The width of piezoelectric beam was negatively correlated with the torsion angle. With increasing the length of piezoelectric layer, an optimal wind velocity and load resistance can be obtained for the maximum output power. With decreasing of the distance between two magnets, the resonant bandwidth, the optimal power output, and torsion angle can be enhanced, respectively. Besides, the magnetic potential energy increased owing to the magnetically coupling, which led to the improvement of onset speed for the energy harvester. This study provides a guideline on improving the performance of bending-torsion vibration piezoelectric energy harvester.
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