課程名稱 |
壓電振動能量擷取導論 Introduction to Piezoelectric Energy Harvesting |
開課學期 |
113-2 |
授課對象 |
工學院 應用力學研究所 |
授課教師 |
舒貽忠 |
課號 |
AM5007 |
課程識別碼 |
543 U5460 |
班次 |
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學分 |
3.0 |
全/半年 |
半年 |
必/選修 |
選修 |
上課時間 |
星期三7,8,9(14:20~17:20) |
上課地點 |
應113 |
備註 |
總人數上限:54人 |
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課程簡介影片 |
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核心能力關聯 |
核心能力與課程規劃關聯圖 |
課程大綱
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課程概述 |
能量擷取乃是將環境中潛在能源轉化為電能,並加以儲存、利用之技術。隨著低功率消耗電路的開發,能量擷取技術已是自我供電系統中不可或缺的一環。本課程將簡介壓電振動能量轉換儲存系統,即利用環境中的轉動或震動等動能,透過壓電能量擷取器,將機械振動能轉換為電能並加以儲存。一個完整的壓電能量擷取系統,大致上可分為高效能傳遞能量的振動子、高機電轉換之壓電材料與能量儲存電路等三個主要部分。因此本課程內容涵蓋了壓電力學與材料、振動、控制與電力電子等,將以基本觀念學習為主,並配合壓電模擬軟體(COMSOL,MULTIPHYSICS)與電路軟體 (PSpice) 教學,以加強整體觀念。故會從頭教起,因此非常歡迎大學部與研究所同學選修本課程。
另外有兩個新的主題想在課堂分享。一是壓電感測元件電壓時域轉頻率域的訊號處理,並搭配卷積神經網路分類器,進行結構或設備狀態監控。二是摩擦式奈米發電機 (Triboelectric Nanogenerator,TENG),其原理與壓電貼片感測元件有類似之處,因此若時間允許將作初步介紹。 |
課程目標 |
對壓電振動能量擷取有一統合性認識與掌握。 |
課程要求 |
待補 |
預期每週課後學習時數 |
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Office Hours |
每週五 15:00~16:00 備註: 白謹瑜 Email: F10543030@ntu.edu.tw |
指定閱讀 |
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參考書目 |
1. A. Erturk and D. J. Inman. Piezoelectric Energy Harvesting, Wiley, 2011. (台大總圖藏書,有PDF檔案可供下載)
2. J. Yang. An Introduction to the Theory of Piezoelectricity, Springer, 2005. (有PDF檔案可供下載) |
評量方式 (僅供參考) |
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週次 |
日期 |
單元主題 |
第1週 |
02/19 |
Course Description and Evaluation Method; Piezoelectric Energy Harvesting with Animation |
第2週 |
02/26 |
A simple model for formulating piezoelectric energy harvesting; steady-state solutions for displacement and voltage; power as a function of excitation frequency at a fixed load; power as a function of load at a fixed excitation frequency; analysis of weak and strong electromechanical coupling |
第3週 |
03/05 |
Mathematical preliminaries, notation simplifications, Coulomb's law, electric field, electric potential |
第4週 |
03/12 |
Gauss's law in the cases of discrete and continuous charge distributions; examples of solving electric field directly |
第5週 |
03/19 |
Conductors: type I and type II; example of a charged sphere; example of a uncharged spherical conductor with a cavity of weird shape containing a point charge |
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