随着碳中和行业的快速发展,未来对风力发电的需求将越来越大。无叶片风力发电是一种全新的发电方式,具有便于安装和维护、土地利用率高、无噪声、成本低等显著优点。本文提出了一种新型的无叶片风力俘能结构,通过探究刚柔混合波浪锥柱的涡激振动机理,致力于增大振动频率、幅值及锁频区间,探究无叶片风机的能量转换机制,以提升风能俘能效率,为电磁式无叶片俘能结构工程应用提供理论基础。本文提出全新刚柔混合波浪锥柱摆动模型,以提高振动频率和幅值为目标,对其进行流固双向耦合仿真计算。研究发现:提高柔性支撑杆的刚度有助于增大刚柔混合波浪锥柱涡激振动的振动频率和锁频区间。柔性支撑杆杨氏模量为Y=182.4Mpa刚柔混合波浪锥柱的振动频率较Y=17.8Mpa的增加2.3倍;刚柔混合波浪锥柱在高折合流速下,仍能保持小幅高频振动,此发现有利于在较大风速区间使用无叶片风力发电技术。本文设计了适用于无叶片风力发电技术的圆筒型永磁直线发电机。通过改变圆筒型永磁直线发电机结构参数,以发电机反电动势幅值、畸变率和定位力为目标,对发电机进行优化,把反电动势幅值提高为20.97V,畸变率降低为3.2%,将发电机定位力幅值减小40%,减至34N,以便稳定高效转换风能。最后提出了无叶片风力俘能结构具体方案,基于动力学理论推导了无叶片风力俘能结构的发电功率数学模型,研究发现刚柔混合波浪锥柱涡激振动的振动频率和振幅是发电功率的重要敏感因子,对发电功率进行仿真分析,所得结果证明了数学模型的正确性,并计算出本文所提出的电磁式无叶片风力俘能结构发电功率可达134W。本文通过建立更加贴近实际的刚柔混合波浪锥柱摆动模型探究涡激振动响应特性、流动机理,提出无叶片风力发电能量转换方案并设计适配发电机,为进一步研究无叶片风力俘能的能量采集提供新思路。