Coletor de energia piezoelétrico bi-estável conectado por primavera de banda larga com barreira potencial variável

Para melhorar o desempenho de coleta de coletores de energia bi-estáveis, este artigo propõe um novo coletor de energia piezoelétrico bi-estável que consiste em uma viga cantiléver piezoelétrica com um ímã na ponta e um ímã móvel. O ímã móvel se conecta à base por meio de uma mola e é permitido mover-se ao longo da direção de compressão da mola. O modelo matemático não linear de parâmetros distribuídos adimensionais do coletor é derivado com base no princípio de Hamilton. Os efeitos da amplitude de excitação, frequência de excitação, rigidez da mola e ruído branco gaussiano no desempenho da coleta são analisados aplicando o diagrama de bifurcação, a trajetória de fase, o mapa de Poincaré e a potência de saída. As simulações numéricas mostram que o sistema de coleta de energia proposto reduz a barreira potencial e torna o movimento de snap-through mais fácil. É demonstrado que o coletor de energia proposto fornece uma largura de banda maior e maior eficiência do que o coletor de energia bi-estável típico quando submetido a baixas amplitudes de excitação ou baixas frequências de excitação.