摘要
本文除了介紹能量擷取系統的最新發展趨勢之外，亦配合筆者近年來在相關微型自電式能量擷取系統之研究，由「撓性壓電式振動發電機」、「指叉式近場電紡PVDF撓性壓電纖維傳感器」及「平面式旋轉微發電機」等三方向，對該微型自電式能量擷取系統的設計、製作及分析做一深入淺出的探討。首先介紹多層撓性基板與壓電材料（氧化鋅，ZnO）結合之振動能量擷取，由於壓電材料真有高的機電轉換特性，配合適當的機械能傳遞結構與控制電路，成為擷取環境機械能的重要方法；藉由撓性基板與塊狀結構的設計，將單一發電元件並聯組成為多層寬頻撓性壓電發電系統，當發電系統運作時，能依外在環境驅動力及頻率的不同，反應出最佳的發電效益。第二部份為電紡絲製程技術，此為壓電聚偏氟乙烯（Polyvinylidne fluoride,PVDF）纖維的快速成形方法，配合雙軸式數位控制平台，經電極化與拉伸應變之作用，製作出具壓電結晶自相結構且可控圓形有序排列之高壓電特性微奈米織維。結合優化之PVDF壓電纖維，配合緊醯亞胺（Polyimide film, PI）撓性基板，以及為了能有效提升壓電纖維的機電能轉換效率，設計一指叉式電極結構，將壓電纖維再極化以強化其壓電特性，製成生能擷取傳感器（Bio-transducer）。第三部分則介紹平面式旋轉微發電機，此乃利用線圈在磁場中運動產生磁通量變化而感應產生電流，基於電磁感應原理電磁式發電機可感應發電，經由傳動系統可讓線圈與硬磁鐵產生相對運動，以達到磁通量變化而產生發電量。研究團隊創新利用低溫共燒陶瓷技術（low temperature co-fire ceramic LTCC）製作低成本高密度之多層微線圈，而後再進行微發電機之系統整合。平面旋轉式電磁微發電機由多層平面LTCC微線圈及多極Nd/Fe/B硬磁石所組成，旋轉式平面線團與磁餅的運作為相對水平運動，其空間效率高，加上線圈多極多層與磁餅多極化的設計，可以有效提高發電量。
延伸閱讀
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