旋轉敲擊模式

本研究的主要概念是利用轉動來產生震動的效果，其方法是在一轉動的機構 上面，在轉軸上掛上一個齒輪，再利用齒輪旋轉敲擊壓電片，來達到發電的目的，

即是旋轉敲擊發電模式。

y

0

x

F

L

圖4.8 F 施力於壓電片的最末端

齒形的設計上，為了使齒在敲擊壓電片時，其施力點都維持在壓電片的最末 端，因為此時的彎矩最大，M=F× L，如圖 4.8 相對之下壓電片可產生較大的變 形量，而有較大的發電量，所以在齒形的設計上採用半徑為ｒ的圓弧。

r

r

r

圖4.9 齒輪

綜觀整個齒輪，可以看成是一個圓上長了許多個圓弧齒形，其中 代表著 齒輪內圓的半徑， 代表齒形加上齒內圓的半徑，如圖 4.9。

48

y

x

0

L

r

圖4.10 旋轉敲擊模式簡化示意圖

接下來為了使分析上更為容易，我們可以把每一個齒都想像成半徑為 的 棒子，假設壓電片為長度為Ｌ且撓度曲線為直線的棒子，如圖4.10 所示，所以 原本的齒輪可以看成很多根棒子在逆時針旋轉敲打著壓電片，當棒子轉動時，原 本是呈現水平狀態的壓電片受棒子的敲打帶動而往下，當齒移動到與長度Ｌ的壓 電片形成一個三角形時，如圖4.11，此時 表示齒輪上的齒可以敲擊壓電片的最 大角度，當齒在往下轉動時，壓電片即會往上彈繼續受到下一齒的旋轉敲擊。

L r

d

θ₁

a

圖4.11 單齒可敲擊壓電片的最大角度示意圖 如圖 11 的三角形，透過餘弦定理可以求得單齒的最大接觸旋轉角

1

3

49

帶入本研究實驗機構的實際量測相關的參數 mm， 19mm， 3 mm 由 3 式可求得 約為10.7 (度)

如果是在(A)pps 的操作模式下齒輪每秒轉(A/400)× 360 度，轉動 10.7 度等 於需要10.7/((A/400)× 360)s，表示壓電片在此段時間內會受到齒輪的敲擊，電 壓會快速上升，之後壓電片會往上彈在繼續受到下一齒的敲擊，因此帶入步進馬 達的三種模式，可得到轉動10.7 度所需要的時間。

200pps : 轉動 10.7 度需要 59.4ms 400pps : 轉動 10.7 度需要 29.6ms 600pps : 轉動 10.7 度需要 19.8ms

因此可以預測壓電片在200pps 操作模式下，在受到敲擊的 59.4ms 時間內 電壓會快速上升，因此400pps 模式電壓的上升時間約為 29.6ms，600pps 模式 約為19.8ms，圖 14.12-14，為壓電片在三種操作模式下的電壓訊號圖，為一個 類弦波的交流電壓訊號，在齒輪敲擊壓電片的時間內，電壓快速上升，當齒輪過 了最大接觸旋轉角後，壓電片往上彈，電壓迅速往下掉，除了壓電片的自由震動 之外，在這期間內也受到下一齒的敲擊，所以此時電壓訊號呈現較高頻的震動。

50

圖4.12 200pps 操作模式下的壓電電壓訊號上升時間

圖4.13 400pps 操作模式下的壓電電壓訊號上升時間 約 53ms

約 30ms

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圖4.14 600pps 操作模式下的壓電電壓訊號上升時間