基于介电弹性体的风力发电机理及性能分析

设计并研究分析了一种基于介电弹性体发电机的新型风力发电装置,它可以从风能收集装置叶片中嵌入的介电弹性体膜中获取能量.介绍了该系统的能量采集过程,从理论上建立了风致旋转下该系统的电力学模型,然后推导了该系统在旋转运动下的输出电压和电能增量.通过测量所提出系统的输出电压和电能增量,实验验证了理论分析的可操作性.在此基础上,通过Design Expert中的响应面法分析了该系统在模拟环境下的电能增量,研究了激励参数、外内半径比、输入电压参数对能量采集的影响.结果表明,在较大的激励参数和输入电压下,系统表现出较好的能量收集性能,同时增大外内半径比也可提高系统的能量收集性能.在给定激励参数60 mm、输入电压1000 V和外内半径比为2时,实验结果表明,单个周期内的发电量可达26.61 mJ.研究结果可为介电弹性体的能量收集和发电机设计提供参考.