Experiments and Analysis of a Nonlinear Sickle‐Shaped Cantilever Beam Piezoelectric Energy Harvester for Wind Energy Harvesting

悬臂梁 传感器 能量收集 声学 风力发电 电压 转子(电动) 机械能 压电 磁铁 电气工程 风速 梁(结构) 功率(物理) 材料科学 工程类 物理 结构工程 气象学 量子力学
作者
Gang Yu,Lipeng He,Shuangjian Wang,Xiaochao Tian,Xiaotian Zheng,Guangming Cheng
出处
期刊:Physica Status Solidi A-applications and Materials Science [Wiley]
卷期号:219 (23) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/pssa.202200363
摘要

Achieving broadband energy harvesting at low frequencies is a difficult area of research today. To solve the aforementioned problems, herein, a nonlinear sickle‐shaped cantilever beam piezoelectric energy harvester (S‐PEH) for wind energy harvesting is proposed. It has a high‐voltage output in the wind speed range of 5.37–18.23 m s −1 . The S‐PEH is consists of a collector and a transducer. The collector converts wind energy into rotating mechanical energy and excites the transducer by means of magnetic coupling, thus realizing the conversion of mechanical energy to electrical energy. The special structure of the transducer's sickle‐shaped cantilever beam type can effectively harvest wind energy in low‐frequency environment and broaden the range of harvesting wind speed in high voltage. The structure and principle of S‐PEH are analyzed by theory and simulation and are experimentally verified. The results show that when the magnet on the rotor is 15 mm away from the magnet of the piezoelectric sheet, the transducer angle is 90°, the load resistance is 100 kΩ, the voltage of the blower is kept at 120 V, and the system has a maximum power of 563 μW. Moreover, it can successfully make low‐power electronics work.

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