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研究生: 陳昱竹
Yu-Zhu Chen
論文名稱: 自動調頻外伸壓電樑於振能回收之研究
An Automatic Tuning Overhang PZT Beam on Power Harvest
指導教授: 黃世欽
Shyh-Chin Huang
口試委員: 黃以玫
none
徐茂濱
Mau-Pin Hsu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 49
中文關鍵詞: 外伸壓電樑振能回收
外文關鍵詞: Overhuang PZT Beam, Power Harvest
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本文應用壓電材料之力電偶合效應,研發一自動調頻之外伸壓電樑能量擷取系統,其能回收最佳的振能大小。吾人首先建立自動調頻外伸壓電樑的模型,並加入力電耦合效應,利用外伸壓電樑之能量式,運用模態展開法將系統之能量式予以離散化,代入拉格朗日方程式(Lagrange equation)而求得系統的運動方程式。
文中研製一自動調頻之外伸壓電樑能量擷取系統,在穩態的狀況下,藉由自動控制調整外伸壓電樑滾珠夾持之位置,使得能量擷取系統的固有頻率能隨之改變。當外界施予能量擷取系統一激振外力時,系統能自動搜尋至一滾珠夾持位置,使系統與外在環境之頻率達成一致造成共振,提高壓電材料之電能輸出。當外界頻率改變時,能量擷取系統亦能藉由電壓的驟降,得知外界頻率已改變,進而啟動系統搜尋另一最佳振能回收之位置。此能量擷取系統經實驗測試,其電能確能達到最大,實為能量回收的可行機構。


Utilizing the characteristics of PZT which can generate electrical charge induced by strain, an adjustable overhung PZT beam system is developed for maximum power harvesting. In theoretical analysis, a beam of intermediate roller support is first established, in which the electro-mechanical coupling effect of the PZT energy is included. Assumed mode method is then employed to yield the Lagrange’s equation of motion.
A self-tuning overhung PZT beam power harvesting system is set up for experimental work. This system can automatically adjust the roller position to tune the beam natural frequency according to the external excitation
frequency to yield the maximum power harvesting. Once the output voltage decreases suddenly due to the external frequency change, the control system automatically search for the new position, and the experiments showed satisfactory results. The developed mechanism provides the engineers a valuable approach to energy harvesting.

摘 要I ABSTRACTII 誌 謝III 目錄IV 圖 目 錄VI 表 目 錄VIII 符 號 索 引IX 第一章緒論1 1.1 文獻回顧1 1.2 研究動機與目的4 1.3 本文架構5 第二章 壓電簡介與可程式控制器原理6 2.1 壓電簡介6 2.2 介電效應6 2.3 壓電效應7 2.4 壓電方程式8 2.5 可程式控制10 第三章 可調頻外伸壓電樑之理論分析12 3.1外伸壓電樑之運動方程式推導12 3.2假設模態法16 3.3 系統之運動方程式20 第四章 實驗架設與結果討論22 4.1實驗儀器設備23 4.2外伸壓電樑之共振頻率量測27 4.2.1量測結果與探討30 4.3研發一自動調頻系統32 4.3.1如何調整系統之頻率32 4.3.2間距測試35 4.3.3調頻可靠性與重現性36 4.3.4系統判別外界頻率改變的依據38 4.3.5實際移動之情況39 第五章 結論與未來展望42 5.1 結論42 5.2 未來展望44 參 考 文 獻45 附錄47 作者簡介49

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