기존 풍력 진동 압전 에너지 수집기의 좁은 작동 풍속 범위와 고풍속에서 과도한 진폭 문제를 해결하기 위해 가변 형상 날개형 둔체 풍력 진동 압전 에너지 수집기를 제안한다. 이 장치는 주로 가변 형상 날개형 둔체, 캔틸레버 빔 및 압전 복합 빔으로 구성된다. 둔체의 탄성 날개는 풍력의 영향으로 변형되어 시스템 진동 특성의 자가 조절을 실현하여 에너지 수집기의 환경 적응성을 향상시키는 것을 목표로 한다. COMSOL 유한 요소 모델을 구축하여 풍속이 둔체 형상 및 진동 특성에 미치는 영향을 시뮬레이션과 실험을 통해 분석하였으며, 입사각과 탄성 날개 두께가 에너지 수집기 출력 성능에 미치는 영향을 규명하였다. 결과에 따르면, 입사각 120°와 탄성 날개 두께 0.15 mm를 선택할 때 에너지 수집기의 작동 풍속 범위가 21 m/s에 달하며, 풍속이 8 m/s 미만일 때 탄성 날개 변형이 작아 시스템이 감쇠 상태로 주로 작동하며 출력 전압이 풍속 증가에 따라 증가한다; 풍속이 8~17 m/s일 때 탄성 날개 변형량이 증가하며 시스템이 감쇠에서 소용돌이 진동으로 점차 전환되고 출력 전압 변화가 적다; 풍속이 17~25 m/s일 때 둔체가 탄성 날개 과도 변형으로 인해 만곡 형태를 보이며 시스템이 소용돌이 진동을 주로 하여 진폭이 효과적으로 제어되고 출력 전압이 풍속 증가에 따라 감소한다; 250 kΩ 매칭 저항을 사용할 때 에너지 수집기가 생성하는 최대 출력 전력은 3.78 mW이다. 따라서 본 가변 형상 날개형 둔체 풍력 진동 압전 에너지 수집기는 구조의 신뢰성, 낮은 진동 시작 풍속 및 넓은 풍속 범위를 만족하면서 동시에 큰 전력을 출력할 수 있다.

압전 에너지 수집기; 풍력 진동; 가변형 둔체; 감쇠; 소용돌이 진동