234 黃 斯 瑜 、 黃 世 疇 圖 19 發 電 系 統 應 用 圖 圖 20 轉 速 與 電 壓 關 係 圖 圖 21 發 電 系 統 點 LED 燈 圖
壓 電 式 風 力 發 電 系 統 之 設 計 與 應 用 235 4. 結 論 本 文 以 懸 臂 樑 的 彎 曲 系 統 作 為 設 計 基 礎 , 設 計 一 簡 易 固 定 架 固 定 壓 電 懸 臂 樑 , 並 利 用 強 力 磁 鐵 之 磁 力 使 壓 電 懸 臂 樑 發 生 形 變 造 成 壓 電 效 應 , 並 搭 配 使 用 全 橋 式 整 流 電 路 , 將 產 生 之 電 能 儲 存 於 電 容 中 , 形 成 一 壓 電 懸 臂 樑 發 電 系 統 。 於 實 驗 中 , 以 有 限 元 素 分 析 軟 體 ANSYS 分 析 壓 電 懸 臂 樑 , 以 瞭 解 壓 電 懸 臂 樑 之 應 力 及 應 變 分 佈 , 並 藉 由 調 整 轉 軸 轉 速 、 壓 電 懸 臂 樑 與 轉 軸 間 之 磁 鐵 間 距 與 排 列 方 式 、 轉 軸 磁 鐵 數 量 與 壓 電 懸 臂 樑 之 設 置 方 向 來 探 討 其 對 電 壓 之 關 係 , 並 用 電 容 將 產 生 之 電 壓 儲 存 加 以 利 用 。 且 將 壓 電 懸 臂 樑 發 電 系 統 應 用 於 自 行 車 上 , 轉 速 於 950rpm, 可 產 生 最 高 之 22.7V 電 壓 , 搭 配 全 橋 式 整 流 電 路 , 可 將 產 生 之 電 能 儲 存 於 電 容 上 , 用 以 點 亮 LED 燈 , 達 到 自 主 供 電 及 夜 間 警 示 之 效 果 。 其 中 , 轉 軸 以 風 力 能 為 驅 動 源 , 壓 電 懸 臂 樑 則 以 磁 力 為 作 動 力 故 無 損 耗 問 題 , 既 不 產 生 廢 棄 物 , 也 不 會 造 成 污 染 , 可 將 對 地 球 的 污 染 降 至 最 低 , 形 成 一 環 保 可 持 續 使 用 的 綠 色 能 源 。 本 研 究 承 蒙 國 科 會 補 助 , 計 畫 編 號 :NSC 96-2221-E-151-064, 特 此 致 謝 。 致 謝 參 考 文 獻 [1] J. Curie, and P. Curie, 1880, “Development by Pressure of Polar Electricity in Hemihedral Crystals with Inclined Faces”, Bull. Soc. Min de France, Vol. 3, pp. 90-102. [2] W. S. Hwang, and H. C. Parkt, 1993, “Finite Element Modeling of Piezoelectric Sensors and Actuators”, American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal, Vol. 31, No. 5, pp. 930-937. [3] C. Q. Chen, X. M. Wang, and Y. P. Shen, 1996, “Finite Element Approach of Vibration Control Using Self-Sensing Piezoelectric Actuators”, Composite and Structures, Vol. 60, No. 3, pp. 505-512. [4] C.Y.K. Chee, L. Tong, and G.P. Steven, 1999, “A Mixed Model for Composite Beams with Piezoelectric Actuators and Sensors, ”Smart Materials and Structures, Vol.8, pp.417-432. [5] M. Kobayashi, T. Yamaguchi, and R. Horowitz, 2000, “Track-Seeking Controller Design for Dual-Stage Actuator in Magnetic Disk Drives”, Proceedings of American Control Conference, pp. 2610-2614. [6] M. Krommer, 2001, “On the Correction of the Bernoulli-Euler Beam Theory for Smart Piezoelectric Beams,” Smart Materials and Structures, Vol.10, pp.668-680. [7] J. Kymissis, C. Kendall, J. Paradiso and N. Gershenfeld, 1998, “Parasitic Power Harvesting in Shoes,” the Second IEEE International Conference on Wearable Computing. [8] S. Priya, C. T. Chen, D. Fye and J. Zahnd, “Piezoelectric Windmill: A Novel Solution to Remote Sensing”, Japanese Journal of Applied Physics, Vol.44, No.3, pp.104-107, 2005. [9] L. C. Rome, L. Flynn, E. M. Goldman, and T. D. Yoo, 2005, “Generating Electricity While Walking with Loads”, Science, Vol.309, pp.1725-1728. [10] T. K. Chung, D. G. Lee, M. Ujihara, G. P. Carman, 2007, “Design, Simulation, and Fabrication of a Novel Vibration-Based Magnetic Energy Harvesting Device” Proc. of Solid State Sensors Conf., pp.867-870. [11] V. R. Challa, M. G. Prasad and F. T. Fisher, 2008, “High Efficiency Energy Harvesting Device with Magnetic Frequency Tuning”, Proceedings of Sensord and Structures Technologies for Civil, Mechanical, and Aerospace Systems, Vol.6932, 69323Q. [12] V. R. Challa, M. G. Prasad, Y. shi and F. T. Fisher, 2008, “A Vibration Energy Harvesting Device with Bidirectional Resonance Frequency Tenability”, Smart Materials and Structures, Vol.17, pp.015035.