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作品名称：风车式卫星风能采集系统设计
学校名称：山东理工大学
参赛队伍：逢赛必成队
队伍编号：200504
参赛学生：陶林豪陈乙彤王静昊
指导老师：宋汝君
投票日期：2024年10月08日 00:00->2024年12月05日 15:00
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详细说明

本文设计了一种风车式微型风能采集系统装置，能够将环境中的风能收集起来，将其转换为电能并加以利用。该装置包括了升阻复合式垂直轴风车叶片、风车转轴、旋转载

体、永久磁铁和固定磁铁、压电片和风车底座等结构。风车传动装置先是利用阻力型叶片起动，再利用升力型叶片旋转，从而可以促使整个风车传动能够快速获得连续旋转的动力推进，然后沿着转轴继续旋转，安装永磁铁的旋载体是放置在风车传动转轴上的，这样一来，就可以驱动永磁铁按照一定的转速旋转，并在这个过程中它会周期性的和安设在周围悬臂梁上的固定磁铁产生引力与斥力的交替相互作用，继而引起悬臂梁的周期性振动，最终目的是能够导致周围黏贴在悬臂梁上的压电振子的发电。由于振动能受环境因素影响的较小，先将风能转换成振动能，再将其转换成电能，有较高的能量转率。该风车式微型风能采集装置的创新之处在于旋转时是由非接触的磁引力与斥力交替作用于悬臂梁，使压电片振动，从而产生电能，这种方式有效的减少了摩擦损耗，有效的提高了风的利用率和能量的转换效。一种能量转换效率高、微型结构、集成度高、利用范围广、输出功率稳定的微型压电风车风能采集装置，利用风力驱动叶轮旋转激励磁铁，可以实现对低风速风能的回收。基于旋转激励式的风能采集器可微型化，使用多个叶片能有效地捕捉较低风速的风能，是一种利用非接触的旋转激励的风车式微型风能采集系统。

1.风车式风能采集器的结构设计

微型风能采集常见有两种类型，包括了旋转激励式和风致振动式。由于是风车结构，所以采用的是旋转激励式风能采集器，与传统的水平轴风车相比，叶片作为旋转激励风车的一个重要部分，垂直轴风车的优势在于具有无需对风偏航装置，所以采用的是旋转激励式垂直轴风车，基于旋转激励式垂直轴风力机的运行特性，对垂直轴风车的叶片进行设计。升力型风车的叶片运动效率较高但是起动困难,阻力型的叶片运动性能好，但是运行效率不佳,，为了更好解决此问题，采用升阻组合式垂直叶片，利用阻力型叶片启动，利用升力型叶片运行以提升运行效率。利用SolidWorks完成对风车式微型风能采集系统的3D结构模型设计。

2.风车式微型风能采集器的发电方式

结合旋转激励的基础理论，通过风引起转轴旋转，旋转载体带动磁铁旋转将引力和斥力作用于压电片，继而利用压电效应把振动能转换为电能。对永久磁铁和固定能产生磁力的大小进行分析，确定磁铁的数量、间距和各项结构参数；结合压电效应基础理论，熟悉压电材料的种类特性及其工作模式，对各项性能进行分析，选取合适的压电材料并设计合适的固定方式。

3.能量收集电路设计

设计风车式微型风能采集系统收集电路，对采集到的能量进行整流、滤波、升压、存储、控制等一系列操作确保能量收集电路的正常工作，为其它设备提供电力。