非線形力カスタマイズを備えた多安定カンチレバー圧電振動エネルギーハーベスターの設計

本論文では、安定平衡点の数と位置をプログラム可能に指定できる圧電カンチレバービームベースの多安定エネルギーハーベスターを提案する。実証として、ユーザー定義の平衡座標を持つ三安定および五安定エネルギーハーベスターを設計し、そのエネルギーハーベスティング性能を系統的に調査した。シミュレーションと実験の結果、0.1 g の励振加速度下では、両方のハーベスターは軟化非線形性を示す内井戸運動しか実行できないことが示された。励振加速度が 0.2 g に増加すると、五安定ハーベスターは最大ポテンシャル障壁を乗り越えて井戸間振動を達成し、硬化非線形性を示して動作帯域幅を大幅に広げたが、三安定ハーベスターは内井戸運動に限定されたままだった。0.4 g の励振加速度では、両方のハーベスターが井戸間振動を達成できるが、五安定ハーベスターはより広い動作帯域幅とより低いエネルギーハーベスティング開始周波数を持つ。提案手法により、平衡点の数が増加しても構造的複雑さを増すことなく多安定振動エネルギーハーベスターを設計でき、多安定振動エネルギーハーベスターの最適化に大きく貢献する。