臺灣博碩士論文加值系統

隨著現代科技的日益發展，人類所探討的研究範圍已經趨向於小型化的結構，並且持續朝向更精密及更微小的領域發展，然而在這個趨勢的引導下，其結構內部元件所產生的振動問題就顯得相當重要。且伴隨著元件結構的微小化，釵h解決大型結構振動的方法與對策也已經變得不符合使用，對於精密且微小的元件而言，就會因為外型尺寸受到限制而無法使用傳統大型結構的方法來克服振動問題，因此在微小的結構中，有效地改善元件所產生的振動問題就成了一個很需要探討的議題。
致動器在機電系統領域中扮演著相當重要的角色，而近年來所發展出來的微型致動器，更是廣泛地被運用在微小結構中。本研究的動機來自於探討微小結構運作時產生的抖動現象，因此本文的研究重點便從結構內部元件的觀點著手，並藉由實驗的動態分析來了解致動器的動態特性。
本研究是以電磁式致動器作為討論的元件，整個過程主要是利用實驗模型來探討致動器的動態特性，並藉由模擬殘餘振動的現象再加上分析不同參數的電極及彈簧片，進而探討各種參數條件下的殘振特性，找出能改善殘餘振動的實驗參數。最後經由模型取得的實驗參數，未來將在微型致動器實體上進行殘振的動態特性探討，如果分析的結果確實與模型的實驗結果相穩合，此參數便能改善微型致動器的殘餘振動，日後將可提供微型致動器的製程作為設計參考。

An investigation of dynamic characteristic of an electromagnetic actuator (EMA) in this article. The proposed EMA model consists of an electrode, a coil and a spring slice. Various electro-statically actuated micro-structures, such as cantilever beam-type and fixed–fixed beam-type shaped actuators are studied. The proposed models include the fringing effects of the electrical field. Both the small beam deflection and the large beam deflection models are implemented in this work to elucidate the possible effect of the deflection model on the accuracy.
The experimental model is employed to analyse the actuator, The effects of type length and spring slice on remnant oscillation of model simulation are considered numerical analysis indicates that the length of electrode affects the dynamic characteristic of an EMA significantly.

中文摘要 i
英文摘要 iii
誌謝 iv
目錄 v
圖目錄 vii
表目錄 ix
符號說明 x
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 4
1.3 研究內容及方法 5
1.4 文獻回顧 8
1.5 論文架構 10
第二章 致動器模型之介紹 12
2.1 電磁式致動器之探討 12
2.2 致動器模型的設計理念 16
2.3 致動器模型的動作原理 21
2.4 問題探討 22
2.4.1 殘餘振動 22
2.4.2 磁滯效應 24
2.5 理論分析 27
2.5.1 線圈匣數的計算 27
2.5.2 電極磁阻的計算 28
2.5.3 線圈電感與電極磁阻的關係 28
2.5.4 電極的磁場強度 31
2.5.5 磁通密度與磁場強度的關係 31
2.5.6 電極產生的吸引力 35
第三章 實驗分析 38
3.1 實驗目的 38
3.2 實驗步驟 38
3.3 實驗過程 42
3.4 分析儀器介紹 47
3.4.1 頻譜分析儀 47
3.4.2 雷射位移感測器 47
第四章 實驗結果與討論 53
4.1 致動器模型的動態模擬 53
4.2 實驗參數的探討 55
4.3 儀器的相關設定 56
4.4 實驗結果分析 58
4.4.1 改變電壓的影響 58
4.4.2 改變電流的影響 61
4.4.3 電極長度的影響 63
4.4.4 電極角度的影響 66
4.4.5 彈簧片厚度的影響 69
4.4.6 彈簧片幾合形狀的影響 71
4.4.7 電極與彈簧片距離的影響 75
4.4.8 反向電壓的影響 77
第五章 結論 79
參考文獻 81
附錄A 電極在電子顯微鏡下的材質含量圖 83
附錄B 彈簧片在電子顯微鏡下的材質含量圖 84

1. http://www.fjinfo.gov.cn/kepu/kjsh/jqr-wangguo1.htm
2. http://news.ustc.edu.cn/Article_Show.asp?ArticleID=2733
3. http://www.biotech.org.cn/kuaixun/2005-02-05.htm
4. Kyu-Yeon Park, Chong-Won Lee, Yong-Su Oh and Young-Ho Cho, 1998, “Laterally oscillsted and force-balanced micro vibratory rate gyroscope supported by fish-hook-shaped springs, ” International Journal of Sensors and Actuators, Vol.64, pp.69-76.
5. 白佳蕙， 1998，電磁式微振動器試製研究，國立成奶j學材料科學及工程學系，碩士論文。
6. 柯春旭、林育生、楊詔中、高端環， “電磁式微致動器之研究” 機械工業，pp. 110-116，88年8月。
7. Chang Liu, Thomas Tsao, Gwo-Bin Lee, Jeremy T.S. Leu, Yong W. Yi, Yu-Chong Tai and Chih-Ming Ho, 1999, “Out-of-plane magnetic actuators with electroplated permalloy for fluid dynamics control,” International Journal of Sensors and Actuators, Vol.78, pp.190-197.
8. J.H. Lee, C.S. Han, S.H. Kim and Y.K. Kwak, 2001, “Beam rotation actuator based on dove prism in the optical storage media,” International Journal of Mechatronics, Vol.11, pp. 509-526.
9. Gilbert Reyne, 2002, “Electromagnetic actuation for MOEMS, examples, advantages and drawbacks of MAGMAS, ” Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol.242-245, pp. 1119-1125.
10. 劉政志，2002，電磁致動式微幫浦之最佳效能分析，國立成奶j學工程科學研究所，碩士論文。
11. Huiming Zheng, Ming Li and Zeng He, 2003, “Active and passive magnetic constrained damping treatment, ” International Journal of Solids and Structures, Vol.40, pp. 6767-6779.
12. R.J. Wood, E. Steltz and R.S. Fearing, 2005, “Optimal energy density piezoelectric bending actuators, ” International Journal of Sensors and Actuators, Vol.119, pp. 476-488.
13. Rong-Fong Fung, Yung-Tien Liu and Chun-Chao Wang, 2005, “Dynamic model of an electromagnetic actuator for vibration control of a cantilever beam with a tip mass, ” Journal of Sound and Vibration, Vol.288, pp. 957-980.
14. Jao-Hwa Kuang and Chao-Jung Chen, 2005, “Adomian decomposition method used for solving nonlinear pull-in behavior in electrostatic micro-actuators, ” Mathematical and Computer Modelling, Vol.41, pp. 1479-1491.
15. Jao-Hwa Kuang and Chao-Jung Chen, 2005, “The nonlinear electrostatic behavior for shaped electrode actuators, ” International Journal of Mechanical Sciences, Vol.47, pp.1172-1190.
16. Ki Hoon Kim, Hyeun Joong Yoon, Ok Chan Jeong and Sang Sik Yang, 2005, “Fabrication and test of a micro electromagnetic actuator, ” Sensors and Actuators A: Physical, Vol.117, pp. 8-16.
17. 黃淳權，微機電概論，高立圖書有限公司。
18. 台灣歐姆龍股份有限公司，http://www.omron.com.tw/home2.htm
19. 李永勳，電磁學(第二版)，偉明圖書有限公司，1998。
20. http://phys.ntu.edu.tw./gplab/lectures-pages/experiments-pages/hysteresis.htm
21. 謝振中、蘇明福、任昭賢，基本電學，全華科技圖書股份有限公司，1997。
22. 頻譜分析儀原廠使用手冊。
23. 雷射位移感測計器原廠使用手冊。