基于谐振腔结构的微型风力发电机研究

摘要

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250KΩ负载电阻的输出功率可达1.31mW，功率密度约为66μW/cm3。