Experiment and analysis of a piezoelectric energy harvester based on combined FEM modeling and spice simulation

Der Artikel befasst sich mit dem Experimentieren und der Analyse eines piezoelektrischen Energieerntegeräts und nutzt dabei kombinierte FEM-Modellierung und SPICE-Simulation, um die Ausgangsleistung zu optimieren. Es beginnt mit einer Einführung in schwingungsbasierte Energieerntemaschinen und ihre Anwendungen, wobei die Vorteile piezoelektrischer Methoden hervorgehoben werden. Anschließend konzentriert sich die Studie auf den theoretischen Hintergrund piezoelektrischer Energy Harvester, einschließlich des Prinzips der Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie und des entsprechenden elektrischen Schaltungsmodells. Die Messergebnisse eines PEH-Gerätes vom Typ Cantilever werden präsentiert und zeigen seine Leistungsfähigkeit unter verschiedenen Lastwiderständen. Der Kern des Artikels dreht sich um FEM-Modellierung und Simulation, die statische und modale Analysen, harmonische Analysen zur Zulassungsentnahme und SPICE-Schaltungssimulation zur Leistungsabschätzung umfasst. Die Ergebnisse zeigen den Einfluss der piezoelektrischen Materialdicke auf Ausgangsspannung und Leistung, wobei optimale Lastwiderstände für eine maximale Energieübertragung ermittelt wurden. Der Artikel schließt mit der Betonung der Bedeutung von Modellierung und Simulation, um die gewünschte Leistung bei piezoelektrischen Energy Harvestern zu erreichen, wobei zukünftige Arbeiten darauf abzielen, Effizienz und Bandbreite zu steigern.