自然环境风能作为一种广泛分布的低碳、环保可持续能源为数百亿计的物联网传感设备供能问题提供了一种可行的解决方案。传统的风能采集装置以电磁式发电机（EMG）为主,但这种装置受制于固有的铁-磁式本征结构,其启动风速通常在3-5 m/s,使得微风（1.6-5.4 m/s）能量难以被有效收集利用。据报道,全球地表10 m高度的平均风速仅为3.28 m/s,意味着目前的技术还没有充分利用最普遍的低风速风能资源。随着物联网分布式传感器的大力发展与部署,高效采集环境中普遍存在的微风能量并为传感器供能显示出巨大的应用潜力。近年来,摩擦式发电机（TENG）提供了一种高效收集微风能量的方法,扩展了风能在小型电子设备上的使用。然而,传统风驱式摩擦发电机的工作机理和固定的结构参数决定了它只在低风速区间具有较高的能量转化效率,而在高风速区段的能量转换效率衰减明显,限制了装置的整体功率输出。因此,为更好的收集利用环境中的风力资源,实现分布式传感器的就地取能与应用,本文研究了一种新型风能发电装置,在降低启动风速至2 m/s的同时维持中、高风速区间40%-50%及以上的能量转换效率,实现宽风速高效率的风能收集与转换。本论文以宽风速高效率的风能采集为目标,首先以独立层式摩擦发电机为技术手段,提出并成功设计了一款自换挡双转子摩擦式发电机（D-TENG）,通过一组不同支撑臂长度的风杯驱动两个独立的摩擦式发电机转子协同工作,使两个拥有不同结构参数的发电单元能分别高效地工作在微风与强风状态下,实现宽风速范围的风能收集。实验进一步研究了风杯臂长对气动力学性能的影响、摩擦式发电机的尺寸对电学性能的影响以及极对数设置对发电机功率曲线的影响。测试结果表明,该双转子摩擦发电机可以在最低2.2 m/s的微风下启动并在2.2-16 m/s的宽风速区间里提供一个最大5 m W的随风速平滑上升的AC功率输出。其次,实验通过对比研究了两种发电机性能上的互补性,在双转子摩擦式发电机基础上提出双转子摩擦-电磁复合型发电机（TEHG）结构设计,利用两种发电技术在高效工作区间上的互补性,进一步提升宽风速区间的能量转化效率。经过对TEHG的气动力学性能和电学性进行研究与优化,该复合式发电机转化效率超过40%的高效率区间相比D-TENG扩展了约两倍,其最大功率输出提升至16.5m W,实现了在2-16 m/s宽风速区间的高效率风能收集。最后,针对复合式发电机两路输出的特点设计了一款双源能量管理电路（DSEMS）,以实现对TEHG两路电源的储存、管理并为传感器提供一个3.3 V的标准化直流输出。研究了DSEMS在不同风速、不同负载下的工作特性,分析了电容参数对其输出波形的影响。最终,以GY-39四合一气象站模块为例对TEHG和DSEMS进行了应用测试,展示了该装置为物联网分布式传感器供能的应用潜力。