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    題名: 雙頻帶微型電磁式發電機之研製
    作者: 吳嘉殷;Wu,Jia-Yin
    貢獻者: 機械工程學系
    關鍵詞: 微機電;電磁式發電機;mems;electromagnetic generator
    日期: 2013-11-05
    上傳時間: 2014-02-13 17:57:01 (UTC+8)
    出版者: 國立中央大學
    摘要: 隨著微機電元件的普遍運用與近期能源與環保議題受大眾的重視,於是本研究提出利用半導體製程製作出一微型磁電式發電機,利用機械能轉換成電能,達到綠色能源的落實,進而達到微機電元件本身無須外加其他電力的目標前進。
    本論文設計出一元件在低頻率時,具有兩種不同的共振頻率。將長方體懸臂樑,挖空變成U形懸臂樑,在中間再鑲入一彈簧,彈簧為雙螺旋組成,即可使元件有兩個不同的低頻共振頻率,也降低懸臂樑的剛性,使其振動幅度變大,
    首先利用模擬軟體,設計出的元件第一共振頻率為242.9 Hz第二共振頻率為299.661 Hz,第一共振頻為螺旋本身的共振頻率,而第二共振頻為U形懸臂樑本身的共振頻率,當螺旋在頻率229.661 Hz時,雖然不是在其共振頻率,但是會被U形懸臂樑一起帶動,使其也產生振動,相同的在242.9 Hz時,U形懸臂樑也會振動,但振動量不大。模擬中也發現,兩個元件在共振頻率不同時,其位移方向會不一樣,在第一共振頻率時兩元件運動方向相同,但在第二共振頻率時運動方向互相相反。
    在製程方面,使用<100>矽晶圓當基材,利用KOH蝕刻至20 μm,配合電鍍技術製作出18 μm的銅線圈,最後使用RIE讓元件釋放懸空,製程環境與機台由中央大學微光電無塵室提供。
    最後量測元件發電特性,因線圈有不同順序且振動方向在不同共振頻率也有不同,量測出來會有兩種結果,Ⅰ.當接線方式U形懸臂樑與螺旋線圈方向相反時,在第一共振頻率時運動方向相同,故其相位會相反,量測開路電壓為1 mV,第二共振頻率時運動方向相反,故其相位會相同,量測開路電壓為1.03 mV
    Ⅱ.U形懸臂樑與螺旋線圈方向相同時,在第一共振頻率時運動方向相同,故其相位會相同,量測開路電壓為1.19 mV,第二共振頻率時運動方向相反,故其相位會相反,量測開路電壓為0.2 mV。量測最大發電量為U形懸臂樑與螺旋線圈方向相同,在頻率211 Hz,可產生8.9 nW。
    This paper reports a duo-mode vibration structure for increasing usable bandwidth in micromachined electromagnetic energy harvester. The proposed energy harvester is built on edge-released MEMS structures coupled by a U-shape cantilever and spiral diaphragms that are designed to reduce flexural rigidity and lower resonant frequency. Compared to a pure cantilever harvester, the proposed cantilever-spiral coupled energy harvester has lower resonant frequencies and larger bandwidth. The power output at mode 1 and 2 of the energy harvester are measured as a function of the load resistance. In case of the energy harvester with connection #1, a maximum power of 7.6 and 7.5 nW is delivered to a 27.8 Ω at mode 1 and mode 2 resonances
    with connection #2, a maximum power of 8.9 nW is delivered to a 27.8 Ω at mode 1 resonances when the load resistance is equal to the coil resistance.
    顯示於類別:[機械工程研究所] 博碩士論文

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