課程名稱 |
壓電振動能量擷取導論 Introduction to Piezoelectric Energy Harvesting |
開課學期 |
112-2 |
授課對象 |
重點科技研究學院 奈米工程與科學碩士學位學程 |
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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為確保您我的權利,請尊重智慧財產權及不得非法影印
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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。
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課程要求 |
待補 |
預期每週課後學習時數 |
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Office Hours |
另約時間 備註: 聯繫方式: 舒貽忠老師 (應力館 216): 3366-5627, Email: yichung@iam.ntu.edu.tw |
指定閱讀 |
待補 |
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)
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評量方式 (僅供參考) |
No. |
項目 |
百分比 |
說明 |
1. |
作業、平時測驗 |
100% |
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週次 |
日期 |
單元主題 |
第1週 |
2/21 |
Course description and requirements |
第2週 |
2/28 |
228 Peace Memorial Day |
第3週 |
3/06 |
introduction to one DOF model of a piezoelectric energy harvester, short-/open-circuit resonance, peak power output and optimal working conditions |
第4週 |
3/13 |
Divergence Theorem, Coulomb's Law, electric field, electric potential, example solving electric field |
第5週 |
3/20 |
Gauss's Law (including its derivation), conductors (type I and type II), examples |
第6週 |
3/27 |
example of shielding effect , electric dipole moment, Gauss's Law (dielectrics), examples |
第7週 |
4/03 |
Capacitance (single and double conductors), measurement of ferroelectric hysteresis |
第8週 |
4/10 |
electrostatic energy, capacitance matrix is positive definite, V-Q-X relation in triboelectric nanogenerator (TENG) |
第9週 |
4/17 |
Tensorial properties of materials, dielectric tensor as an example of 2-tensor: definition, matrix representation between different bases, tensor product |
第10週 |
4/24 |
strain tensor and geometric interpretation, traction and stress tensor, equation of motion |
第11週 |
5/01 |
constitutive relation in elasticity (4-tensor), minor, major and material symmetries, complete formulation in elasticity |
第12週 |
5/08 |
direct/converse piezoelectric effect, piezoelectric constitutive relation (4 forms) |
第13週 |
5/15 |
COMSOL practice |
第14週 |
5/22 |
Voigt notation used in piezoelectric constitutive formulation, material symmetry, poled ceramics |
第15週 |
5/29 |
common 3-1 and 3-3 modes, piezoelectric devices |
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