多场耦合作用下旋转振动能量采集器的自调谐增强动力学行为研究

作     者：周宇洋 张海彬 陈渊博 李康康 汪御飞 王光庆 

作者机构：浙江工商大学信息与电子工程学院 浙江工商大学萨塞克斯人工智能学院 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：国家自然科学基金(52475611) 浙江省自然科学基金(LY24E070002) 浙江省教育厅一般科研(Y202250102)资助项目 

主　　题：旋转振动能量采集器 多场耦合 自调谐 动力学行为 

摘      要：提出了基于离心场、磁场和重力场等多场耦合协同增强的旋转能量采集器性能调谐方法，设计构建了集内、外向磁-机-压电悬臂梁机构于一体的旋转振动能量采集器。利用离心力、磁力和重力的耦合协同作用，内、外向压电悬臂梁分别产生刚度软化和硬化效应，实现能量采集器低频和高频工作范围的同步拓展；进一步利用离心力、磁力和重力的耦合协同作用在内、外向压电悬臂梁上产生周期性的附加激励，实现能量采集器的动态响应幅值和输出电功率同步增强。利用能量法和Hamilton原理建立了旋转能量采集器的关键动力学行为分析模型，仿真分析了离心力、磁力和重力等对能量采集器动态输特性和频带调谐机理的影响规律。试验结果表明多场耦合作用下内、外向压电梁的工作频带分别提高了2.5 Hz和5.5 Hz，输出电压分别提高了1.9 V和2.6 V，最大输出功率达到0.055 mW。研究结果为开发设计高性能的宽频旋转振动能量采集器提供理论和试验参考。