基于谐振腔结构的微型风力发电机研究

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传统电池尺寸大、需更换或充电、对使用环境要求高,难以满足无线传感网络等的需求。从环境中获取能量并转换为电能的微能源具有重量轻、体积小、寿命长、不需更换或充电等优点,是无线传感网络节点的一种理想电源,逐步成为国际上微能源研究的热点。研究将自然环境中广泛存在的风能转换成电能的微能源,对微系统技术和无线传感网络技术的发展有着重要的意义。为了提高风能获取效率,扩大可应用的风速范围,本论文提出一种基于谐振腔结构的微型风力发电机,分析了不同因素对发电机输出性能的影响。论文主要研究工作包括:(1)在分析总结微型风力发电机国内外研究现状和发展趋势的基础上,提出了带谐振腔的微型风力发电机结构方案;(2)建立了悬臂梁式微型压电发电机的连续模型和集总参数模型,得到了发电机固有频率、输出电压等的表达式;(3)分析了谐振腔结构对微结构风致振动的放大作用,完成了微型压电风力发电机的结构设计;(4)完成了基于谐振腔结构的微型风力发电机原理样机加工,通过实验研究了压电梁和柔性梁长度、谐振腔入风口宽度、柔性梁厚度对发电机输出性能的影响。实验结果表明,当风速为17m/s时,发电机对250K负载电阻的输出功率可达1.31mW,功率密度约为66μW/cm3。
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