碰振升频振动能量电磁式采集系统的动力学建模与分析

摘要

振动能量采集技术是一种非常有前途的清洁能源技术,在飞行器结构传感器网络等方面有重要应用潜景.针对低频振动能量采集技术主要存在的功率密度低、采集频带窄等问题,提了出碰振升频振动能量采集设计方案.在考虑机电耦合的前提下,建立了碰振升频采集系统的碰撞动力学模型,并对其进行了无量纲化处理.通过数值仿真,研究了不同碰撞间隙对系统输出电压和输出功率的影响,探讨了碰撞次数对电能输出改变的规律.研究结果表明:高频采集振子对低频驱动振子起到限位作用;随碰撞间隙的减小,输出电压的均方根峰值往高频方向移动,并不明显影响最大的输出电压;在碰撞发生频带,高频采集振子对总功率输出的贡献比例明显提升,约提升30％;相较于多次碰撞而言,单次碰撞更能确保电能输出的稳定性.