摆式三稳态摩擦纳米发电机低频振动能量收集研究

来源：振动与冲击杂志2025年第16期北京时间：

作者：谭栋国,，黄丹丹，欧旭，覃凌云，王凯，周加喜jxizhou@hnu

单位：1.湖南科技大学土木工程学院，湖南湘潭411201；2.湖南大学机械与运载工程学院，长沙410082

摘要：针对传统能量收集装置难以高效收集低频振动能量的问题，本文利用磁铁之间的相互作用设计了一种磁致式负刚度机构，并将其拓展至摩擦纳米发电，提出一款摆式三稳态摩擦纳米发电机(pendulum-type tristable triboelectric nanogenerator ，PT-TENG)，用于收集低频振动能量。首先，介绍了摆式三稳态摩擦纳米发电机的模型设计与工作原理。其次，建立了该发电机的机电耦合模型。随后，利用数值方法研究了该发电机的力学特性和电学性能。进一步，分析了系统关键参数对该发电机性能的影响。最后，制备了该发电机的实验样机，进行了验证实验和应用演示实验。结果表明，摆式三稳态摩擦纳米发电机可以高效地将低频振动能量转化为电能，最高输出功率可达0.27 mW，能够驱动LED阵列。此外，通过选择合理的系统参数可以有效拓宽该发电机低频俘能频带。因此，本文对低频振动能量收集以及自供电装置设计具有一定指导意义。<br>

关键词：低频振动；三稳态；能量收集；非线性动力学