指壓式壓電獵能器之實做、分析與量測

Abstract

獵能器為近二十年來新興的研究領域，其主要目的為利用各種能量轉換機制，將環境中的廢棄能量加以蒐集、儲存，以取代傳統電子產品之電池。本研究提出一種獵能器裝置，藉由並聯彈簧提供一位能場給予壓電懸臂樑末端滑塊，藉由手指按壓將滑塊推向位能不穩定點後釋放，滑塊帶動壓電樑被加速撞擊獵能器外殼後產生振動，再由壓電效應將機械能轉換成電能。前述撞擊持續時間很短，除了較低頻的第一模態之外，還會激發出高階模態。 本研究根據前述設計，製作獵能器原型量測其振動位移、暫態電壓響應以及獵取?率。實驗結果顯示，在單次按壓之下，獵能器產生之電?率可達10 01 mW，換算其?率密度為0 388 mW/cm3。本研究更透過橋式整流電路，將能量暫存在電容裡，並成?點亮LED燈。 為了更了解獵能器運作機制，本研究使用有限元素軟體ANSYS對獵能器動態行為做暫態分析，透過分析後發現，暫態電壓的高頻響應來自滑塊的瞬間之碰撞，最大電壓、滑塊速度以及第一模態頻率皆與壓電樑末端夾持長度及材料剛性有關，其他摩擦係數、阻尼設定等，也發現與數值運算的收斂性有關。 本論文藉由詳細的有限元素分析，疏理出暫態電壓響應產生之機制，在開迴路狀態下，有限元素所計算之電壓，與實驗量測有良好的一致性，顯示有限元素分析模型的正確性。由此研究奠定之基礎，為未來建立設計最佳化模型做準備，以更提昇獵能器之?率密度。

Date of Award	2018 Aug 29
Original language	Chinese
Supervisor	Chung-De Chen (Supervisor)