提出一种由压电梁及其端部附加质量构成的直激式压电风能捕获器。在考虑了压电振子静平衡变形的基础上, 根据涡激振动理论建立了柔性压电振子的自激振动理论模型并进行了仿真分析, 获得了压电梁厚度比、附加质量及风速对其发电性能的影响规律。结果表明, 存在最佳的压电梁厚度比使输出电压、电能及功率最大, 电压/电能/功率所对应的最佳厚度比分别为0.5/0.65/0.65。其它参数确定时, 存在最佳风速/附加质量使输出电压最大, 且最佳风速随附加质量增加而降低、最佳质量随风速增加而降低。制作了风能捕获器样机并进行了试验测试, 风速为4.8/7.2/10 m/s时, 对应的最佳附加质量及最大电压分别为15/11/7 g和1.9/3.94/6.18 V; 风速为10 m/s时, 10 g附加质量下的输出电压为0/20 g 附加质量下的4.1/1.2倍。结果证明根据实际风速范围确定合理的附加质量可提高发电能力。

考虑现有旋转发电机无法适应高/匀速旋转运动且振动冲击/ 噪音大、可靠性低等弊端, 提出了一种由旋转磁铁激励的压电俘能器, 并从理论及试验两方面研究了旋转磁铁数量(间距)对激振力及压电振子发电特性的影响规律。结果表明, 在其它条件确定的情况下, 存在使激振力最大的最佳旋转磁铁间隙比(磁铁直径与相邻磁铁间距离之比); 间隙比为2时的激振力幅值为间隙比为0和4时的6.2倍。采用2,12,24个旋转磁铁激励发电时, 电压-转速特性曲线中均存在多个使输出电压出现峰值的最佳转速, 其中最大峰值电压及其所对应的最佳转速分别为29.4,87.2,28.4 V和1 282.5,707.5,2451 r·min-1; 12个旋转磁铁激励的最大输出电压为其它两种情况的3倍。此外, 压电振子一次激励所生成电能(波形数量及幅值)还与旋转磁铁数量及转速有关。2个旋转磁铁在低转速时仅能激励出1个较大幅值电压波形, 而高转速时可生成4个幅值较大的自由振荡波形; 12个磁铁在任何转速下都仅能激励出1个电压波形。实验显示动磁铁数量是影响旋转压电俘能器发电量及输出功率的关键要素。