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基于风致振动机理的MEMS微型风力发电机结构设计及实验研究

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 微能源的国内外研究现状

1.3 微型风力发电机的国内外研究现状

1.4 本论文研究目的及研究内容

1.5 本章小结

2 微型压电发电机的基本工作原理

2.1 引言

2.2 风运动的基本特点

2.3 微型压电发电机的基本原理

2.4 微型压电发电机的理论模型

2.5 本章小结

3 微型压电发电机的仿真及分析

3.1 引言

3.2 悬臂梁式微型压电发电机有限元仿真

3.3 悬臂梁式压电发电机设计

3.4 本章小结

4 微型风力发电机的研制及实验研究

4.1 引言

4.2 微型风力发电机的结构设计

4.3 微型风力发电机的制作

4.4 微型风力发电机实验平台

4.5 微型风力发电机实验

4.6 本章小结

5 总结及展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附 录

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摘要

传统化学电池体积大、寿命短,不能满足无线传感节点等的供电需求从环境中获取能量并转换为电能的微型发电机体积小、寿命长、免维护等诸多优点,逐步成为国际上微能源研究的热点。开展将环境中广泛存在的风能转换为电能的微型风力发电机探索研究,对无线传感技术和微能源技术的发展具有重要意义。
  论文在分析国内外微型发电机研究现状的基础上,建立了悬臂式微型压电发电机连续模型,进行了实验验证,在此基础上分析了多种因素对发电机性能的影响,研制出了微型风力发电机样机,进行了相应的测试与分析。论文主要研究工作包括:
  (1)分析了国内外微型风力发电机研究现状;
  (2)建立了悬臂梁式微型压电发电机的连续模型,进行了实验验证;
  (3)建立了悬臂梁式微型压电发电机的有限元模型,进一步验证了理论模型,在此基础上对电极布置、质量块等对发电机输出性能的影响进行了分析;
  (4)提出了新的微型风力发电机结构,研究了微型风力发电机的微组装工艺,制作了样机,通过实验分析了质量块、钝体、风向、柔性支承对发电机输出性能的影响,在风速19m/s时,微型风力发电机在60kΩ的负载下输出功率为322μW。

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