考虑质量块长度的悬臂梁压电发电机基频共振频率与功率改进模型

本文主要探讨了悬臂梁压电发电机的基频谐振频率与功率特性，针对Roundy理论模型存在的局限性，即忽略了质量块长度的影响。作者邹玉炜、黄学良和谭林林在东南大学电气工程学院的背景下，提出了一种改进的方法，他们将质量块质心对悬臂梁的作用挠度作为自由度，构建了一个更精确的模型。这个新模型考虑了质量块的实际长度，从而能够更好地估算发电机在实际运行中的性能。 在理论分析部分，他们推导出了基频谐振频率、输出电压和输出功率的理论表达式。通过数值仿真研究，发现当质量块长度与悬臂梁长度接近时，Roundy模型的误差相对较大，因为此时质量效应显著。然而，当两者长度差距较大时，新模型与Roundy模型的偏差减小，显示出新模型在这种情况下的优越性。 实验证明，新模型与实验数据的吻合度更高，其预测的基频谐振频率和功率更为准确，这意味着该模型具有更高的精度。这在能源采集，尤其是微小振动能量转换应用中，如传感器、可穿戴设备或环境监测系统中，具有重要的实际意义。 本文的工作不仅提供了更准确的悬臂梁压电发电机设计参数计算方法，而且对于提升此类设备的性能优化和实际应用有着深远影响。研究人员可以利用这一改进模型来设计出更加高效和稳定的振动能量收集装置，进一步推动了振动能源转换技术的发展。