Para melhorar a confiabilidade em ambientes de vibração de baixa frequência, banda larga, alta intensidade e grande amplitude, propõe-se um coletor de energia por vibração piezoelétrico de excitação comutável, composto por um captador de vibração e um transdutor. A direção da vibração do transdutor é perpendicular à direção da vibração do captador (direção da vibração ambiental), e a conversão da direção da vibração é realizada por uma estrutura de comutação magnética. Essa estrutura evita que a amplitude da resposta aumente continuamente com o aumento da excitação externa, melhorando a confiabilidade. Foi estabelecido um modelo dinâmico do coletor, e parâmetros relevantes foram obtidos por simulação numérica e experimentos para avaliar a influência em suas características de saída. Os resultados de simulação e experimentação mostram que, quando a frequência de excitação é inferior a 20 Hz, este sistema de dois graus de liberdade possui duas frequências de ressonância que fazem com que a tensão de saída atinja o pico: a primeira é a frequência de ressonância do captador, e a segunda é a frequência de ressonância do transdutor. Com o aumento do comprimento da mola e da massa do captador, a primeira frequência de ressonância aumenta enquanto a tensão de saída correspondente permanece basicamente constante; a segunda frequência de ressonância permanece praticamente inalterada, enquanto a tensão de saída correspondente aumenta gradualmente; a banda de trabalho é ampliada. Quando a amplitude da excitação externa atinge um limiar, a amplitude de resposta do transdutor é controlada efetivamente, e a tensão de saída não aumenta mais. A resistência de carga ideal é de 540 kΩ, com potência máxima de saída de 0,4 mW. Na aplicação prática, é possível ajustar a frequência de ressonância e a tensão de saída alterando os parâmetros estruturais do coletor, controlando a amplitude de resposta dentro da zona segura para se adaptar a ambientes de trabalho de baixa frequência, banda larga, alta intensidade e grande amplitude.

piezoelétrico; coletor de vibração; baixa frequência; excitação comutável; limitação de resposta