为提高旋转式压电发电机的安全性与有效带宽, 提出一种可调频旋磁激励式压电发电机, 并从理论、仿真与试验三个方面对发电机的工作特性进行了研究。建立了压电梁在端部外载荷作用下的刚度/频率偏移模型, 并通过仿真获得了刚度、动磁铁数量对发电机响应特性的影响规律。结果表明, 压电梁刚度随端部拉/压力的增大而线性增大/减小, 固有频率相应地提高且趋于平缓/降低且速率增大, 而动磁铁数量将影响发电机的谐振峰数量与放大比。在此基础上进行了相关试验, 试验表明, 压电梁受拉伸/压缩都将提高发电机的固有频率并降低输出电压幅值, 且受压时减幅更大; 此外, 动磁铁数量除仿真中影响因素外对发电机的固有频率也具有一定影响; 通过改变动磁铁数量与调节量, 实现了发电机固有频率在39.2~112 Hz内的调整, 最大频率偏移为185.7%。

考虑现有旋转发电机无法适应高/匀速旋转运动且振动冲击/ 噪音大、可靠性低等弊端, 提出了一种由旋转磁铁激励的压电俘能器, 并从理论及试验两方面研究了旋转磁铁数量(间距)对激振力及压电振子发电特性的影响规律。结果表明, 在其它条件确定的情况下, 存在使激振力最大的最佳旋转磁铁间隙比(磁铁直径与相邻磁铁间距离之比); 间隙比为2时的激振力幅值为间隙比为0和4时的6.2倍。采用2,12,24个旋转磁铁激励发电时, 电压-转速特性曲线中均存在多个使输出电压出现峰值的最佳转速, 其中最大峰值电压及其所对应的最佳转速分别为29.4,87.2,28.4 V和1 282.5,707.5,2451 r·min-1; 12个旋转磁铁激励的最大输出电压为其它两种情况的3倍。此外, 压电振子一次激励所生成电能(波形数量及幅值)还与旋转磁铁数量及转速有关。2个旋转磁铁在低转速时仅能激励出1个较大幅值电压波形, 而高转速时可生成4个幅值较大的自由振荡波形; 12个磁铁在任何转速下都仅能激励出1个电压波形。实验显示动磁铁数量是影响旋转压电俘能器发电量及输出功率的关键要素。