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研究生:李聖賢
研究生(外文):Lee Sheng-Xian
論文名稱:人行發電地磚與電力匯聚技術開發
論文名稱(外文):Developing the Electric Power Generation Geostrophy on Sidewalk and its Power Assemblage
指導教授:丁振卿
指導教授(外文):Chen-Ching Ting
口試委員:呂志誠楊台發丁振卿
口試日期:2016-07-26
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:機電整合研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
中文關鍵詞:CCT實驗室、人行發電地磚、盤式發電機、超級電容、電力匯聚
外文關鍵詞:CCT laboratorysidewalk electric power generation geostrophydisk generatorSuper capacityelectric power aggregation.
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本論文主要進行人行路面發電地磚與電力匯聚技術之設計與開發,人行路面發電地磚包含人行道發電裝置及發電機開發與效率量測,
發電機部份分為一般式發電機與小型盤式發電機兩部分,其中小型盤式發電機為本CCT實驗室自行研發,
磁鐵盤以直徑10 mm強度4600高斯的銣鐵錋磁鐵為基礎,因為銣鐵錋磁鐵具有高強度的磁力,實驗參數以固定線圈盤大小改變線圈線徑,
線徑部分採用5組不同線徑的大小進行實驗量測,透過此實驗找出最佳線徑,再以最佳線徑進行不同磁鐵盤間距之發電效率量測,
找出最適合此發電機磁鐵盤間距,再進行發電機效率量測,量測部分透LabVIEW及自動切換負載裝置進行發電機效率量測,
實驗結果顯示,轉速1500 $rpm$時,電功 率11.2597 W,效率為46.074%為最佳。人行路面發電地磚分成兩部份,
一是以一般式電磁感應發電機為地磚發電裝置;二是以盤式發電機作為發電地磚發電裝置,透過齒輪齒條機構並搭配變速齒輪箱驅動發電機,
以衝程5 mm、單向衝程能量擷取, 並用氣壓缸模擬衝擊力量60 kg至95 kg間格5 kg進行地磚效率量測;在裝載一般式發電機人行發電地磚中,
最佳效率出現在氣壓源1.4 kg/cm^2時,發電效率為6.405%;裝載盤式發電機之人行發電地磚,其最佳效率出現在氣壓源1.6 kg/cm^2時,
發電效率為17.424 %。電力匯聚的部分,經由超級電容匯聚存儲人行發電地磚產生之脈衝式電能,
再透過LabVIEW電力監控程式控制並監控電容的充放電及其內部能量,最後將儲存於電容之電力充進充電電池中,達到將人行走之脈衝能以電能型式儲存之目的。
This article aims to develop the electric power generation geostrophy on sidewalk
and its power assemblage. Developing the sidewalk electric power generation geostrophy
consists of the electric generation apparatus as well as the development and
the working efficiency measurement of the generator. In this work, the generator
used a conventional and a small power disk generators, where the small power disk
generator is developed by our CCT laboratory. The magnets plate is with diameter
of 10 mm and 4600 G NdFeB magnet. In process of measurement. the size of electric
coils plate is fixed and five wires of different diameters are used to determine
the home-made LabVIEW monitoring system integrated with automatic adjusting load
are applied for working efficiency measurement of generator. The results show
that the rotation speed 1500 rpm and the autput electric power 11.2597 W received
the best working efficiency of 46.074%. The developed sidewalk electric power
generation geostrophy is divided into two types, one is wiry conventional genrator,
on other is wiry disk through the transmission of gear box with sroke 5 mm and
umidirectional stroke. The input forces are 60-95 kg with an interval of 5 kg
simulated by the air compressor. The results show that the best working efficiency
with comventional genertor is 6.405% using air pressure of 1.4 kg/cm^2 and with
disk generator is 17.424% using air perssure of 1.6 kg/cm^2. The electric power
assemblage first uses the super capacity to gather the pulse energy and then
charges into the battery with help of the LabVIEW monitoring system.
摘要 ----------------------------------------------- i
ABSTRACT ------------------------------------------- ii
誌謝 ----------------------------------------------- v
目錄 ----------------------------------------------- vi
表目錄 --------------------------------------------- ix
圖目錄 --------------------------------------------- x
第一章 緒論 ---------------------------------------- 1
1.1研究背景 ---------------------------------------- 1
1.2文獻回顧 ---------------------------------------- 3
1.3研究動機與目的 ---------------------------------- 6
第二章 基礎理論 ------------------------------------ 7
2.1 人行發電地磚 ----------------------------------- 7
2.2 電磁感應發電機 --------------------------------- 8
2.2.1 法拉第電磁感應定律 ----------------------- 8
2.2.2 發電機 ----------------------------------- 9
2.3 人行發電磚傳動設計------------------------------ 12
2.3.1 曲柄機構 --------------------------------- 12
2.3.2 齒輪與齒條 ------------------------------- 13
2.3.3 單向軸承 --------------------------------- 13
2.4 自動化量測 ------------------------------------- 14
2.4.1 PIC微控制器介紹 -------------------------- 14
2.4.2 電路板洗製 ------------------------------- 15
2.5 發電機效率量測 --------------------------------- 16
2.5.1 發電機效率量測 --------------------------- 16
2.5.2 三相橋式整流 ----------------------------- 17
2.5.3 編碼器 ----------------------------------- 17
2.6 人行路面地磚效率量測系統 ----------------------- 19
2.6.1 地磚效率量測 ----------------------------- 19
2.7 電池充放電 ------------------------------------- 20
第三章 實驗架設 ------------------------------------ 21
3.1 人行發電地磚 ----------------------------------- 21
3.1.1 齒輪齒條 --------------------------------- 22
3.1.2 單向軸承 --------------------------------- 22
3.1.3 變速箱 ----------------------------------- 22
3.1.4 復歸機構 --------------------------------- 23
3.1.5 防水 ------------------------------------- 24
3.2 自動切換負載 ----------------------------------- 27
3.2.1 電路設計與電路板洗製 --------------------- 27
3.2.2 程式撰寫 --------------------------------- 31
3.3 發電機效率量測 --------------------------------- 32
3.3.1 盤式發電機 ------------------------------- 32
3.3.2 一般式電磁感應發電機 --------------------- 36
3.4 人行發電地磚效率量測裝置 ----------------------- 37
3.4.1 衝擊裝置 --------------------------------- 37
3.4.2 效率量測裝置系統 ------------------------- 37
3.5 電力匯聚 --------------------------------------- 38
3.5.1 程式流程 --------------------------------- 38
3.5.2 電路架設 --------------------------------- 39
3.5.3 發電機電力匯儲能 ------------------------ 39
第四章 結果與討論 ---------------------------------- 43
4.1 發電機效率量測 --------------------------------- 43
4.1.1 一般式發電機效率量測 --------------------- 43
4.1.2 盤式發電機效率量測 ----------------------- 46
4.2 人行發電地專效率量測 --------------------------- 51
4.2.1 一般式發電機擷取衝擊能量 ----------------- 51
4.2.2 盤式發電機擷取衝擊能量 ------------------- 58
4.2.3 人行發電地專之傳動效率 ------------------- 77
4.3 人行發電地磚防水測試 --------------------------- 77
4.4 電力匯聚 --------------------------------------- 79
4.4.1 電容充放電 ------------------------------- 79
4.4.2 發電機電力匯聚儲能 ----------------------- 80
第五章 結論 ---------------------------------------- 82
第六章 未來展望 ------------------------------------ 84
參考文獻 ------------------------------------------- 85
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