【摘 要】
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基于风致振动的能量采集器以其结构简单、免维护、易于小型化等优势成为无线传感节点的一种潜在电源,现有的微小型风致振动能量采集器大多仅对单一风向敏感,并且机电转换单元裸露在外,难以应用于风向多变的野外环境,因此开展效率高、稳定性好、风向适应性好的风能采集器研究具有重要意义。鉴于电磁能量采集器机电转换效率高、稳定性好的特点,本文提出两种基于转动风致振动的电磁能量采集器结构,分别实现了单向和平面内全向风能
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基于风致振动的能量采集器以其结构简单、免维护、易于小型化等优势成为无线传感节点的一种潜在电源,现有的微小型风致振动能量采集器大多仅对单一风向敏感,并且机电转换单元裸露在外,难以应用于风向多变的野外环境,因此开展效率高、稳定性好、风向适应性好的风能采集器研究具有重要意义。鉴于电磁能量采集器机电转换效率高、稳定性好的特点,本文提出两种基于转动风致振动的电磁能量采集器结构,分别实现了单向和平面内全向风能的采集,设计了一款由风致振动电磁风能采集器驱动的、可测量杆塔倾斜的自供能无线传感节点。研制的两款样机的电磁机电转换单元完全内置于钝体外壳内部,降低了雨水等造成的性能衰减,有效延长了野外服役时间。本文首次研制出了平面内全向风致振动电磁能量采集器和风致振动电磁能量采集器驱动的杆塔倾斜角无线传感节点,具有重要的实用价值。本文主要研究内容包括:（1）介绍了国内外关于电磁风能采集器以及多向风能采集器的研究现状,分析了现有技术的不足,明确了本文的研究目标和主要研究内容。（2）提出基于转动风致振动的单向和多向电磁能量采集器结构,对采集器的工作原理进行了介绍,提出的两种电磁风能采集器的钝体外壳对内部机电转换单元形成有效保护,从而降低了环境因素造成的性能衰减。（3）初步建立了转动风致振动电磁能量采集器的理论模型,分析了电磁阻尼的影响,并通过数值仿真对采集器的运动模式进行分析。（4）对采集器结构进行了初步优化,制作了两种采集器的样机,在风洞内对样机性能进行了测试。风速为9m/s时,单向电磁风能采集器样机对10kΩ电阻负载的输出功率为5.09m W;当风速保持为8m/s,而风向在水平面内任意变化时,多向电磁风能采集器对6kΩ电阻负载的最小与最大输出功率的比值约为0.64,成功实现了平面内全向风能的采集,输出功率在45°风向达到最大值1.35m W,目前未见平面内全向风致振动电磁能量采集器的报道。（5）针对电力系统对输电塔倾斜倾角检测的需求,设计制作了倾斜角无线传感节点,经测试,在5.5m/s风速下,单向电磁风能采集器能够驱动倾斜角无线传感节点,该节点每70s左右测量并发送一次数据;研制的多向电磁风能采集器样机可以驱动短距离无线温湿度传感节点,风速5.5m/s和风向45°时,节点每20s左右测量并发送一次数据。
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