基于涡激振动的压电式微型风力发电系统*

顾 聪， 陈远晟， 王 浩， 郭家豪

(南京理工大学 能源与动力工程学院,江苏 南京 210094)

0 引 言

传统桨叶发电系统存在着体积较大、成本较高、运维难度高等问题，不易与微小型独立工作的电子系统集成。同时，无线传感节点等微小型独立工作的电子系统在户外工作时一般使用电池进行供能，而电池普遍存在体积尺寸大、存储能量有限、需定期更换以及易产生环境污染等缺点，这限制了微型电子系统的发展和应用。无桨叶风力发电系统能够为无线传感节点等微小型独立工作的电子系统在户外工作时的供能问题提供一个有效的手段，相比于传统的有桨叶发电系统，微型的压电式风力发电系统成为了一种解决无线传感节点等微小型独立工作的电子系统在户外工作时供能的有效方法[1]。通过微型风能发电系统将风能转换为电能供给微型电子系统使用，是目前针对无线传感节点等微小型独立工作的电子系统在户外工作时的供能的研究热点，在房屋桥梁检测、森林防火等领域也有着较为广泛的应用前景。

Taylor G W等人[2]提出的类似鳗鱼的装置，利用在钝体后产生的周期性涡流使压电片产生振动。Zhang J等人[3]通过圆盘型压电装置在风中产生的旋转，将风能转换为电能。Zhao L等人[4]设计一种二自由度的压电能量收集器，压电悬臂梁通过两块磁铁提高了低风速下的收集效率，当风速低于4.5 m/s时，这种二自由度结构风能回收效率更高。舒畅等人[5]提出一种结合了谐振腔设计的风致振动压电风能发电装置，装置的谐振腔为矩形，谐振腔体可改善压电振子周围流场，以提高其能量转换效率。……