A novel 3D folded zigzag piezoelectric energy harvester; modeling and experiments
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Cantilever geometries have been widely used for vibration energy harvesting applications due to their simple geometries, frequency tune-ability, and obtainability of their closed form analytical solutions. Recent studies have focused on overcoming some of the drawbacks for this configuration, which include low power density and natural frequencies much higher than those available in the environment. Some investigate two-dimensional geometries, such as a zigzag shaped design, meandering and elephant design. The previously researched designs offer a higher flexibility that allows for much smaller fundamental natural frequencies and improved power densities. The presented work extends this idea by offering a three-dimensional (3D) design called ‘folded zigzag’ that provides much better flexibility than the aforementioned units, and aids significantly with natural frequency requirements despite a small footprint. Compared to a planar design the proposed 3D design of the same footprint offers a much lower resonating frequency with increased flexibility, and also results in improved strain node pattern by avoiding torsion in the fundamental modes of its operation. This significantly eases the fabrication as avoids the charge cancellations when mounting continuous electrodes. Power densities for the proposed design are presented and compared to the flex geometry, a planar symmetric design, and experimental validations are made for the folded unit. The results show that the new design can produce higher power density per layer compared to the planar symmetric zigzag (flex geometry). This comparison is made while keeping all the system parameters the same for both units such as the footprint, dimensions, and tip mass per layer. Additionally, the simulation results show that increasing the number of stories or the distance between the consecutive stories for this design can help significantly with the reduction in the number of strain nodes in the fundamental modes. This as well helps with the electrode geometry due to avoiding the charge cancellation. Finally, it is shown that the presence of the strain nodes can be avoided for smaller footprints compared to the planar symmetric zigzag before the torsional modes become dominant.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».