由於科技的不斷進步下，所面臨到的是技術的整合與跨領域的應用，於是微機電系統(MEMS)的興起開始去探討小型發電系統。振動為存在於環境中的機械能，可經適當的方式擷取轉換成電能，是故本研究提出以壓電原理為基礎，針對單層壓電樑以懸臂樑方式夾持下，施以一定變形量方式的外力驅動，以探討其壓電樑的發電特性。

本研究先透過理論分析建立一完整的壓電式發電機電能的轉換模式，說明其影響壓電發電的主要參數並探討如何使其壓電樑能發揮出最佳的方式，並藉由實驗來驗證此方式的正確性。由實驗結果發現，壓電樑發電能力不再受其振動放大比( )的影響，僅在共振下有最佳值。單一壓電樑發電之能力上限可不受其材料與幾何的限制，在外力作用條件下可自由改變，同時利用改變作用力位置與頻率，可自由調整其開路電壓與輸出功率。

經實際量測結果，壓電樑發電裝置之開路電壓在定變形量外力作用下，能保持穩定並能以改變夾距之方式來進行調整，且輸出電功率與其外力作用之頻率呈線性正比關係，試驗之壓電樑發電裝置模型，在頻率16Hz與變形量振幅5mm作用下，兩壓電樑發電系統可並聯輸出，其穩定輸出功率為1592.5 ，證實此方式能應用於高、低頻作用環境且能使個別壓電樑作並聯輸出之可行性，並提出壓電模組與均錐輪和發條集能裝置之構想，增加壓電發電的實用性。

As micro-electromechanical systems (MEMS) and smart technologies have been more matured, applications for wider fields are more available.
Piezoelectric materials have the property of electromechanical energy conversion, which can convert vibration energy into electrical energy.
In this paper, a general concept of the piezoelectric energy conversion is first given. Then, a simple modeling design and analysis for a special transverse mode of the piezoelectric generator called mode 31 is presented.
With regard to analytical method, the piezoelectric equivalent circuit model is able to illustrate the important parameters that influence the process how the piezoelectric element generates electrical energy.
We may adjust unimorph voltage by controlling the deflection of cantilever beam. And the output power is taken as the indicated parameters for the generator. The energy conversion efficiency of the generator depends on the operation frequency.
By using this way, the piezoelectric power generator may be widely applied to environment with both low-frequency and high-frequency vibration range.

目 錄 I
摘要 III
Abstract IV
圖 目 錄 V
表 目 錄 VIII
第一章 序論 1
1.1 前言 1
1.2 研究背景 2
1.3 研究動機與目的 5
1.4 本文架構 7
第二章 壓電原理與發電等效模型 8
2.1 壓電原理 8
2.1.1 壓電材料的種類與應用 9
2.1.2 壓電陶瓷 10
2.1.3壓電方程式 12
2.2壓電換能器的操作模式與結構 16
2.2.1壓電操作模式 16
2.2.2 壓電換能器的結構 16
2.2.3 懸臂樑結構之自然頻率與振動分析 17
2.3壓電等效動態模型推導 23
2.3.1 壓電元件等效動態模型推導 23
2.3.2克希荷夫電壓定律(Kirchhoff's voltage law) 25
2.3.3壓電元件之等效電路與發電能力 26
第三章 壓電發電模型分析 27
3.1 等效電路模型的建立 27
3.1.1 尺寸影響之探討 30
3.2 壓電片自然振動頻率分析 33
3.2.1 ANSYS 簡介 33
3.2.2 ANSYS 模態分析流程 34
3.2.3 ANSYS 模態分析結果 36
3.3 壓電發電片振動發電 39
3.4 探討以定變形量之外力作用下壓電樑之發電輸出 42
第四章 實驗模型與結果討論 46
4.1 實驗架設與量測 46
4.1.1 實驗方法與架設 46
4.2 實驗儀器 47
4.3 實驗之壓電樑電壓與功率量測 53
4.3.1 測試試片之開路電壓量測 53
4.3.2 測試試片之電功率量測 57
4.3.3 不同夾距下之發電性能表現比較 69
4.4 理論與實驗驗證 75
4.4.1 壓電片之實驗驗證 75
4.4.2 並聯輸出 77
4.5 壓電式發電模組的設計與應用 83
第五章 結論與建議 85
5.1 結論 85
5.2 建議 86
參考文獻 87

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