基于压电圆管的二维全向风能采集器研究

摘要

环境风能具有多向性及不稳定性,为了实现平面各方向风能的收集,设计了基于压电圆管和圆柱梁的二维全向风能采集器。不同于传统的薄片梁结构,圆柱梁的对称特性使系统获得了多风向响应能力。基于系统结构和工作原理,进行了理论分析;建立了风能采集器的有限元模型,并进行了仿真分析。在1~8 m/s的风速激励下,对采集器的输出性能进行了风洞实验。结果表明,采集器的最佳匹配负载为2.2 MΩ;其启动风速约为2 m/s;在2~8 m/s的风速下,采集器的输出功率随着风速的增加而增加;在8 m/s的风速下,可有效采集二维平面360°范围的来流。文中所提出的多向风能采集器可以对二维平面内各方向的风能进行有效采集,提升了采集器的性能,具有很强的环境适应性,为多向风能的收集利用提供了新的设计思路,有利于促进风能采集器在自供电在线检测领域的实际应用。