1.文献综述
1.1微型风能采集器及其接口电路概述
地球上的化石燃料是有限的,在使用化石燃料的过程中会带来环境污染,全球气候变暖等不利后果,特别是在目前石油等化石燃料日益枯竭的情况下,人们对绿色可再生的新能源,比如风能,太阳能等新能源的研究及利用日益重视。
随着微电子技术和微机电系统技术等的发展,微型风能采集器渐渐能满足无线传感节点的功耗而受到人们的重视。微型风能采集器可以分为两种,涡轮式和风致振动式。微型涡轮式风能采集器与风力发电机(风车)类似,只是控制系统比风力发电机更为简单,输出功率远远小于风车。
风致振动式微型风能采集器则是利用风流过物质的结构时,结构发生振动而产生的能量。风对结构的动力作用是很复杂的,按照风荷载及其动力响应类型来分,可以分为颤振、抖振、驰振和涡振等,统称为风致振动。与涡轮式风能采集器相比,风致振动风能采集器不需要涡轮等转动部件,具有结构简单、与硅微加工兼容等优点,近几年成为风能采集器研究的热点。
1.2国内外微型风能采集器研究成果
国内外对微型风能采集器进行了大量的研究,取得了一些成果。
1.在微型涡轮式风能采集器方面,图1.1为2008年Herrault等研制的微型涡轮式风能采集器[1]。采集器的结构包括高分子聚合物的流体腔、涡轮和磁定子等;体积大约为1.1cm3,重量为15g,能承受高达85kPa的气流压强和203000的转速。对采集器进行性能测试,实验结果表明,临界气流压强为25kPa;在转子转速为92krpm时,输出电压为三相电,单相开路电压峰峰值为30mV,均方根值大约为10.6mV;在转速为203000rpm,外接负载电阻为0.6Ω 时,输出功率最大为0.8mW。
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