A miniature nonlinear piezoelectric energy harvester is developed to power state of the art leadless cardiac pacemakers from cardiac motions. The energy harvester is integrated in the leadless pacemaker and is connected to the myocardium. The energy harvester converts myocardial motions to electricity to power leadless pacemakers. The energy is stored in a battery or supercapacitor and is used for pacing. The device is composed of a bimorph piezoelectric beam confined in a gray iron frame. The system is assembled at high temperature and operated at the body temperature. The mismatch in the coefficients of thermal expansion of the beam and the frame causes the beam to buckle in body temperature. This intentional buckling makes the beam unstable and improves the power production and robustness of the device. Having high natural frequency is a major problem in microelectromechanical systems energy harvesters. Considering the small size of the energy harvester, 0 . 5 c m 3 , the natural frequency is expected to be high. In our design, the natural frequency is lowered significantly using a buckled beam and a proof mass. Since the beam is buckled, the design is bistable and nonlinear, which could increase the output power. In this article, the device is analytically modeled, and the natural frequencies and mode shapes of the energy harvester are analytically derived. The terms corresponding to geometric nonlinearities are included in the electromechanical coupled governing equations. The simulations show that the device generates sufficient electricity to power leadless pacemakers.

中文翻译：

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用于为无引线起搏器供电的 sub-cc 非线性压电能量收集器

开发了一种微型非线性压电能量收集器，用于通过心脏运动为最先进的无引线心脏起搏器供电。能量采集器集成在无引线起搏器中，并与心肌相连。能量采集器将心肌运动转换为电能，为无引线起搏器供电。能量存储在电池或超级电容器中，用于起搏。该设备由限制在灰铁框架中的双压电晶片组成。该系统在高温下组装并在体温下运行。梁和框架的热膨胀系数不匹配导致梁在体温下弯曲。这种故意屈曲使梁不稳定并提高了设备​​的功率产生和鲁棒性。具有高固有频率是微机电系统能量收集器的主要问题。考虑到能量收集器的小尺寸，0 . 5 cm 3 ，自然频率预计会很高。在我们的设计中，使用弯曲梁和检测质量显着降低了固有频率。由于梁是屈曲的，设计是双稳态和非线性的，可以增加输出功率。在本文中，对设备进行了分析建模，并通过分析推导出了能量收集器的固有频率和振型。对应于几何非线性的项包含在机电耦合控制方程中。模拟表明，该设备产生足够的电力来为无引线起搏器供电。考虑到能量收集器的小尺寸，0 . 5 cm 3 ，自然频率预计会很高。在我们的设计中，使用弯曲梁和检测质量显着降低了固有频率。由于梁是屈曲的，设计是双稳态和非线性的，可以增加输出功率。在本文中，对设备进行了分析建模，并通过分析推导出了能量收集器的固有频率和振型。对应于几何非线性的项包含在机电耦合控制方程中。模拟表明，该设备产生足够的电力来为无引线起搏器供电。考虑到能量收集器的小尺寸，0 . 5 cm 3 ，自然频率预计会很高。在我们的设计中，使用弯曲梁和检测质量显着降低了固有频率。由于梁是屈曲的，设计是双稳态和非线性的，可以增加输出功率。在本文中，对设备进行了分析建模，并通过分析推导出了能量收集器的固有频率和振型。对应于几何非线性的项包含在机电耦合控制方程中。模拟表明，该设备产生足够的电力来为无引线起搏器供电。使用弯曲梁和检测质量显着降低了固有频率。由于梁是屈曲的，设计是双稳态和非线性的，可以增加输出功率。在本文中，对设备进行了分析建模，并通过分析推导出了能量收集器的固有频率和振型。对应于几何非线性的项包含在机电耦合控制方程中。模拟表明，该设备产生足够的电力来为无引线起搏器供电。使用弯曲梁和检测质量显着降低了固有频率。由于梁是屈曲的，设计是双稳态和非线性的，可以增加输出功率。在本文中，对设备进行了分析建模，并通过分析推导出了能量收集器的固有频率和振型。对应于几何非线性的项包含在机电耦合控制方程中。模拟表明，该设备产生足够的电力来为无引线起搏器供电。对应于几何非线性的项包含在机电耦合控制方程中。模拟表明，该设备产生足够的电力来为无引线起搏器供电。对应于几何非线性的项包含在机电耦合控制方程中。模拟表明，该设备产生足够的电力来为无引线起搏器供电。