應用氣體渦輪機構進行壓電發電｜國立臺灣科技大學博碩士論文系統

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研究生：	徐懷鈞 HUNI-CHUN HSU
論文名稱：	應用氣體渦輪機構進行壓電發電 Piezoelectric Power Harvesting Using An Air Turbine Mechanism
指導教授：	林清安 Alan C. Lin
口試委員:	林紀穎 Chi-Ying Lin 鄭逸琳 Yih-Lin Cheng
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工程學院 - 自動化及控制研究所 Graduate Institute of Automation and Control
論文出版年：	2010
畢業學年度：	98
語文別：	中文
論文頁數：	131
中文關鍵詞：	壓電蜂鳴片、氣體渦輪機、壓電發電器
外文關鍵詞：	Piezoelectric generator, Air Turbine, Piezoelectric buzzer
相關次數：	點閱：111 下載：4
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本論文旨在探討如何使用多片壓電蜂鳴片作為能量轉換元件，並利用商用CAD軟體—Pro/ENGINEER來設計小型氣體渦輪壓電發電器，以進行發電能量擷取。
本論文所設計的壓電片發電機構分為三個部分：動力機構、傳動機構及發電模組，其中動力機構是利用高壓空氣驅動葉片轉動，傳動機構是利用凸輪及從動件之往復運動撞擊壓電片產生電力，而發電模組則是以多片壓電蜂鳴片串聯或並聯進行電能收集，此外再將回收的電能進行功率及效能的測試，驗證高頻發電的特性。
本論文所開發的壓電發電器經實驗量測的結果，其效能如下：當渦輪機轉速2635 rpm時，機械頻率為131.75 Hz，六片壓電片經整流後，外加負載電阻100 kΩ時，串聯及並聯瞬間最大功率可達139.2 mW，此能源可順利點亮LED。

The use of a piezoelectric buzzer as a component to generate electricity is discussed in this thesis. Commercial CAD software, Pro/ENGINEER, was used in the design of a mini air turbine piezoelectric generator to collect the generated electricity.
The structure for the piezoelectric power generator in this thesis consisted of three compartments: a power unit, a transmission system and a generator module. The power unit used a pneumatic driver to rotate a blade. Power was generated by the reciprocating motion of a cam and the follower as they struck the piezoelectric buzzers. The generator module collected electricity when the piezoelectric buzzers were connected in series or in parallel. Power tests were performed on the generated electricity to verify the system’s capability of power generation under high frequency of impacts on the piezoelectric buzzers.
Based on experimental results, the piezoelectric power generator developed in this thesis demonstrated the following: with the speed of the turbine at 2,635 RPM, the mechanical frequency set to 131.75 Hz after rectification, and six piezoelectric buzzers arranged in series or in parallel, the generator output power of 139.2 mW with a load resistance of 100 kΩ. The generated power was sufficient to illuminate a light emitting diode (LED).

中文摘要	I
ABSTRACT	II
誌謝	III
目錄	IV
圖表索引	VI
第一章	緒論	1
1  前言	1
2  文獻探討	1
3  研究動機與目的	12
4  研究方法	13
5  論文架構	17
第二章	壓電基礎理論	18
1  壓電效應	18
2  壓電材料	20
2.1  壓電陶瓷	22
2.2  壓電方程式	24
第三章	發電系統架構與機構設計	29
1  動力系統	29
1.1  渦輪葉片設計	30
1.2  渦輪機本體設計	31
1.3  傳動軸設計	32
2  傳動系統	33
2.1  齒型凸輪設計	35
2.2  從動件設計	36
2.3  從動件固定座設計	37
3  發電系統	38
3.1  壓電蜂鳴片基座	40
3.2  壓電蜂鳴片上蓋	42
3.2  壓電蜂鳴片結構	43
第四章	零件組裝與工程圖建立	45
1  壓電發電系統組裝	45
1.1  系統組裝	45
1.2  機架設計與組裝	50
2  工程圖建立	53
2.1  零件工程圖製作	53
2.2  BOM表製作	63
第五章	機構零件之NC加工	65
1  2D加工	65
1.1  刀具路徑設定	67
2  3D加工	68
2.1  曲面加工之刀具路徑	69
3  加工製程規劃	71
3.1  加工模型	71
3.2  加工前置作業	72
3.3  加工作業與程序	73
3.4  加工模擬	76
3.5  後處理	79
4  實際加工作業流程	80
第六章	發電測試數據結果與討論	83
1  實驗系統與架構	83
2  實驗結果	88
2.1  整流與未整流輸出分析	88
2.2  整流濾波後在不同的變動負載下輸出分析	94
2.3  整流後串並聯輸出功率分析	116
3  LED點燈實例	122
第七章	結論與未來研究方向	125
1  結論	125
11  專利比較	125
2  未來研究方向	127
參考文獻	128
作者簡介	131

                                

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