随着物联网与互联网密切结合,传感器被大量使用,传统的供能方式无法满足传感器广泛使用的需求,采集风能用于传感器供电是解决此问题的关键方法。因此研究一种小型风能采集器将风能转化成电能为传感器供电有很强的工程意义。基于摩擦纳米发电（Triboelectric Nanogenerator,TENG）的风能采集器具有结构简单、经济实惠、高输出等优点被广泛应用。为了提高采集器的风能采集效率和降低使用成本,本文首先设计一种基于驰振的多自由度摩擦纳米发电机（Multiple degrees of freedom triboelectric nanogenerator,MDF-TENG）,整体结构为垂直结构,避免钝体后的物体干扰流场,提高MDF-TENG的摩擦接触面积。其主梁和两侧的副梁交替接触拍打,可以获得更高的表面电荷密度以及更高的输出功率,同时主梁和两侧副梁形成两个工作时间错开的TENG,显著提高了MDF-TENG能量采集效率。根据MDF-TENG的结构建立了机电耦合动力学模型。为了提高MDF-TENG的气动性能,在MDF-TENG上设置不同数量、不同位置的挡板进行结构优化。总共四组MDF-TENG,分别为上挡板加前挡板MDF-TENG、前挡板MDF-TENG、上挡板MDF-TENG、无挡板MDF-TENG。通过Fluent流场仿真表明上挡板加前挡板MDF-TENG的气动性能最佳,主梁与副梁之间碰撞力更大,有效摩擦接触面积更大,输出功率和输出电压更高。利用3D打印机制作样机进行实验,首先分析负载电阻对MDF-TENG输出性能的影响,得出最优负载电阻,接下来在最优负载电阻的条件下比较分析四组MDF-TENG在3 m/s到10 m/s范围内的输出性能,可以得到上挡板加前挡板MDF-TENG的输出性能最佳的结论,最后运用数值仿真验证机电耦合动力学模型的正确性。实验过程中,发现上挡板加前挡板MDF-TENG的相关尺寸参数对其输出性能有很大影响,通过数值仿真与实验研究副梁板面的厚度、摩擦接触面积、副梁杆部厚度、阻流体的尺寸对输出性能的影响。当阻流体特征尺寸90 mm、高度120mm、副梁摩擦接触面积60×60 mm~2、摩擦接触面厚度2 mm、杆部厚度0.8 mm主梁和两侧副梁安装位置距固定端40 mm时输出性能最佳,最大输出平均功率268μW,输出电压420 V。