非线性能量收集的基本极限

易于微型化以及维护需求低或无需维护等优势，推动了以能量收集器（特别是振动能量收集器）替代传统电池的趋势。近年来，人们有意在原本线性的能量收集器中引入非线性，以期增加频率带宽和功率密度。然而，对于受任意激励力作用的收集器，其可收集能量的基本极限尚不清楚。理解这些极限不仅对于评估技术潜力至关重要，还能为当前的收集机制提供更广阔的视角并指导其改进。在此，我们推导了理想能量收集器输出功率的基本极限，并开发了一个分析框架，用于简便地计算更复杂装置的这一极限。我们表明，最优收集器通过一种机械类比于“低买高卖”的策略来最大化收集的能量。受此策略启发，我们提出了一种名为锁存辅助收集的新概念，事实证明，该概念在更宽的激励频率和振幅范围内，比其线性和双稳态对应物能更有效地收集能量。