压电与摩擦电复合型旋转能量采集动力学协同调控机制研究1)

赵林川 邹鸿翔 刘丰瑞 魏克湘 张文明，3)

* (上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海 200240)

† (湖南工程学院汽车动力与传动系统湖南省重点实验室，湖南湘潭 411201)

引言

物联网技术的蓬勃发展开启了万物互联的时代，带领人类进入一个智能化的世界，如智能可穿戴设备、智慧家居、智能工业等[1-2].物联网的基础是数以亿万计的广泛分布的智能传感器，可以进行信息和数据的获取、分析、处理和传输[3-5].然而，如何为这些分布范围广、数量大的传感器提供长期有效的电能是物联网技术发展的瓶颈问题之一[6-8].目前大多数传感器采用化学电池供能，虽然电池性能也在不断优化，但是仍旧存在环境污染、需要定期更换维护的问题[9-11].旋转能量是环境中最普遍存在机械能量之一.如果将旋转能量合理转换为电能，为物联网广泛分布的传感器供电，是一种零碳环保、灵活便捷、可持续的供能方式[12].

旋转能量采集技术具有能量来源广泛、设计灵活的特点，按照机电转换机制分类，主要可以分为电磁式、压电式和摩擦纳米发电机.电磁式旋转能量采集器可以依靠叶片、齿轮、轴承等机构直接采集旋转能量，也可以利用惯性结构将其他形式的能量转换为旋转能量再采集和利用[13].Cai 和Liao[14]设计了一个带有偏心质量的可穿戴智能手表，可以将手臂的运动转换为行星齿轮相对于线圈的转动，基于电磁感应发电.Wang 等[15]提出了一种摆锤结构，利用其重力切向分……