Nonlinear Analysis and Performance of Electret-Based Microcantilever Energy Harvesters
Notice bibliographique
Résumé
An energy harvester composed of a microcantilever beam with a tip mass and a fixed electrode covered with an electret layer is investigated when subject to an external harmonic base excitation. The tip mass and fixed electrode form a variable capacitor connected to a load resistance. A single-degree-of-freedom model, derived based on Newton’s and Kirshoff’s laws, shows that the tip mass displacement and charge in the variable capacitor are nonlinearly coupled. Analysis of the eigenvalue problem indicates the influence of the electret surface voltage and electrical load resistance on the harvester linear characteristics, namely the harvester coupled frequency and electromechanical damping. Then, the frequency–response curves are obtained numerically for a range of load resistance, electret voltage and base excitation amplitudes. A softening nonlinear effect is observed as a result of decreasing the load resistance and increasing the electret voltage. It is found that there is an optimal electret voltage with the highest harvested electrical power. Below this optimal value, the bandwidth is very small, whereas the bandwidth is large when the electret voltage is above this optimal value. In addition, it is noted that for a certain excitation frequency, the harvested power decreases or increases as a function of electrical load resistance when the coupled frequency is closer to short- or open-circuit frequency, respectively. However, when the coupled frequency is between the short-circuit and open-circuit frequencies, the harvested power has an optimal resistance with the highest power. Increasing the excitation amplitude to raise the harvested power could be accompanied with dynamic pull-in instability and/or softening behavior depending on the electrical load resistance and electret voltage. However, large softening behavior would prevent the pull-in instability, increase the level of the harvested power, and broaden the bandwidth. These observations give a deeper insight into the behavior of such energy harvesters and are of great importance to the designers of electrostatic energy harvesters.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| 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 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 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 tête enseignante, 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 ».