Harvesting cable vibration energy via electromagnetic dampers has been demonstrated as potential power supplies for wireless sensor networks or semi-active control devices. However, how the inerter enhances the energy harvesting performance of the electromagnetic damper when applied to a bridge stay cable remains largely unknown. This paper presents a full-scale experimental study on harvesting the vibration energy of a 135 m-long cable using an electromagnetic inertial mass damper (EIMD). The EIMD integrates an electromagnetic damper and an inerter. A numerical model of the cable-EIMD system was also established using Matlab/Simulink for performance analysis. In the free vibration test, the EIMD could achieve the peak output power of 61.52 W and average output power of 13.80 W, when the inerter and the load resistance are optimized, considering an initial displacement of 100 mm near the mid-span of the cable. The corresponding energy harvesting efficiency was up to 25.31%. However, the energy harvesting performance of the EIMD degrades under ultra-small-amplitude vibration conditions due to the overlarge parasitic damping induced by Coulomb friction. Besides, experimental data uncover a 53.08% increase of average output power due to the inerter used, while numerical results indicate a tremendous increase of output power up to 126.1% because of assuming low parasitic damping. The EIMD with the optimal parameters (inertance, damping coefficient, and load resistance) can provide superior energy harvesting performance owing to the energy amplification mechanism induced by the inerter.

中文翻译：

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使用惰性材料的电缆振动能量收集性能增强：全尺寸实验

通过电磁阻尼器收集电缆振动能量已被证明是无线传感器网络或半主动控制设备的潜在电源。然而，当应用于桥梁斜拉索时，惯性器如何增强电磁阻尼器的能量收集性能仍然未知。本文介绍了使用电磁惯性质量阻尼器 (EIMD) 收集 135 m 长电缆的振动能量的全尺寸实验研究。EIMD 集成了一个电磁阻尼器和一个惯性器。还使用 Matlab/Simulink 建立了电缆-EIMD 系统的数值模型进行性能分析。在自由振动试验中，EIMD可以达到61.52 W的峰值输出功率和13.80 W的平均输出功率，当优化惯量和负载电阻时，考虑到电缆跨中附近 100 mm 的初始位移。相应的能量收集效率高达 25.31%。然而，由于库仑摩擦引起的过大寄生阻尼，EIMD 的能量收集性能在超小振幅振动条件下会下降。此外，实验数据表明，由于使用了惰性材料，平均输出功率增加了 53.08%，而数值结果表明，由于假设低寄生阻尼，输出功率增加了 126.1%。由于惯性引起的能量放大机制，具有最佳参数（惯性、阻尼系数和负载电阻）的 EIMD 可以提供卓越的能量收集性能。相应的能量收集效率高达 25.31%。然而，由于库仑摩擦引起的过大寄生阻尼，EIMD 的能量收集性能在超小振幅振动条件下会下降。此外，实验数据表明，由于使用了惰性材料，平均输出功率增加了 53.08%，而数值结果表明，由于假设低寄生阻尼，输出功率增加了 126.1%。由于惯性引起的能量放大机制，具有最佳参数（惯性、阻尼系数和负载电阻）的 EIMD 可以提供卓越的能量收集性能。相应的能量收集效率高达 25.31%。然而，由于库仑摩擦引起的过大寄生阻尼，EIMD 的能量收集性能在超小振幅振动条件下会下降。此外，实验数据表明，由于使用了惰性材料，平均输出功率增加了 53.08%，而数值结果表明，由于假设低寄生阻尼，输出功率增加了 126.1%。由于惯性引起的能量放大机制，具有最佳参数（惯性、阻尼系数和负载电阻）的 EIMD 可以提供卓越的能量收集性能。由于库仑摩擦引起的寄生阻尼过大，EIMD 的能量收集性能在超小振幅振动条件下会降低。此外，实验数据表明，由于使用了惰性材料，平均输出功率增加了 53.08%，而数值结果表明，由于假设低寄生阻尼，输出功率增加了 126.1%。由于惯性引起的能量放大机制，具有最佳参数（惯性、阻尼系数和负载电阻）的 EIMD 可以提供卓越的能量收集性能。由于库仑摩擦引起的寄生阻尼过大，EIMD 的能量收集性能在超小振幅振动条件下会降低。此外，实验数据表明，由于使用了惰性材料，平均输出功率增加了 53.08%，而数值结果表明，由于假设低寄生阻尼，输出功率增加了 126.1%。由于惯性引起的能量放大机制，具有最佳参数（惯性、阻尼系数和负载电阻）的 EIMD 可以提供卓越的能量收集性能。1% 因为假设低寄生阻尼。由于惯性引起的能量放大机制，具有最佳参数（惯性、阻尼系数和负载电阻）的 EIMD 可以提供卓越的能量收集性能。1% 因为假设低寄生阻尼。由于惯性引起的能量放大机制，具有最佳参数（惯性、阻尼系数和负载电阻）的 EIMD 可以提供卓越的能量收集性能。