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| DC 欄位 | 值 | 語言 |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | 李世光(Chih-Kung Lee) | |
| dc.contributor.author | Chung-Yueh Pan | en |
| dc.contributor.author | 潘忠岳 | zh_TW |
| dc.date.accessioned | 2023-03-19T21:07:17Z | - |
| dc.date.copyright | 2022-10-07 | |
| dc.date.issued | 2022 | |
| dc.date.submitted | 2022-09-16 | |
| dc.identifier.citation | [1] Technavio. 'Global Piezoelectric Actuators And Motors Market Analysis Highlights the Impact of COVID-19 2020-2024.' https://www.businesswire.com/news/home/20200826005383/en/Global-Piezoelectric-Actuators-And-Motors-Market-Analysis-Highlights-the-Impact-of-COVID-19-2020-2024-Use-of-Thinner-Multilayer-Actuators-in-Smartphones-to-Boost-Market-Growth-Technavio (accessed. [2] H. Barth, 'Ultrasonic driven motor,' IBM Technical Disclosure Bull, vol. 16, p. 2263, 1973. [3] T. Sashida, 'Trial construction and operartion of an ultrasonic vibration driven motor,' Oyo Butsuri, vol. 51, no. 6, p. 713, 1982. [4] T. Sashida and T. Kenjo, 'Introduction to ultrasonic motors,' 1993. [5] K. Uchino, 'Piezoelectric ultrasonic motors: overview,' Smart materials and structures, vol. 7, no. 3, p. 273, 1998. [6] G. L. Smith, R. Q. Rudy, R. G. Polcawich, and D. L. DeVoe, 'Integrated thin-film piezoelectric traveling wave ultrasonic motors,' Sensors and Actuators A: Physical, vol. 188, pp. 305-311, 2012. [7] T. Takano and Y. Tomikawa, 'Linearly Moving Ultrasonic Motor Using a Multi-Mode Vibrator,' Japanese Journal of Applied Physics, vol. 28, no. S1, p. 164, 1989. [8] H. Hariri, Y. Bernard, and A. Razek, 'A traveling wave piezoelectric beam robot,' Smart Materials and Structures, vol. 23, no. 2, p. 025013, 2013. [9] 吳昇勳, '單頻雙模態及雙頻雙模態行進波壓電聲波馬達之最佳化設計,' 國立臺灣大學應用力學?究所 碩士論文, 2017, pp. 13-19. [10] 蘇文群, '以希爾伯特轉換設計多頻多模態壓電線性馬達,' 國立臺灣大學應用力學?究所 碩士論文, 2020, pp. 38-45. [11] 林子勛, '以相位補償驅動雙頻雙模態行進波壓電聲波馬達之研究,' 國立臺灣大學應用力學?究所 碩士論文, 2021, pp. 55-59. [12] 李佳縉, '雙頻雙模態行進波線性位移平台之研發,' 國立臺灣大學應用力學?究所 碩士論文, 2016, pp. 55-58. [13] 朱宗祐, '雙頻雙模態壓電馬達之最佳化設計,' 國立臺灣大學應用力學?究所 碩士論文, 2018, pp. 55-66. [14] 林育民, '以雙頻雙模態激發之二維傳遞波產生器開發及在二維壓電馬達之應用,' 國立臺灣大學工程科學及海洋工程學系暨研究所 碩士論文, 2019, pp. 35-45. [15] 高苑庭, '以希爾伯特轉換最佳化多方向傳遞波驅動的二維壓電平板致動器,' 國立臺灣大學工程科學及海洋工程學系暨研究所 碩士論文, 2020, pp. 114-119. [16] J. G. Smits, S. I. Dalke, and T. K. Cooney, 'The constituent equations of piezoelectric bimorphs,' Sensors and Actuators A: Physical, vol. 28, no. 1, pp. 41-61, 1991. [17] H. Jaffe, 'Piezoelectric ceramics,' Journal of the American Ceramic Society, vol. 41, no. 11, pp. 494-498, 1958. [18] E. Fukada and I. Yasuda, 'On the piezoelectric effect of bone,' Journal of the physical society of Japan, vol. 12, no. 10, pp. 1158-1162, 1957. [19] 吳朗, 電子陶瓷: 壓電陶瓷. 全欣, 1994. [20] 溫志偉, '以溶-凝膠法製備之層狀鋯鈦酸薄膜微結構分析及生物相容性評估,' 碩士, 機械與精密工程研究所, 國立高雄應用科技大學, 高雄市, 2005. [21] D. Nelson, 'Theory of nonlinear electroacoustics of dielectric, piezoelectric, and pyroelectric crystals,' The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 63, no. 6, pp. 1738-1748, 1978. [22] J. Yang, 'An introduction to the theory of piezoelectricity,' vol. 9: Springer, 2005, pp. 53-60. [23] A. Meitzler, H. Tiersten, A. Warner, D. Berlincourt, G. Couqin, and F. Welsh III, 'IEEE standard on piezoelectricity,' ed: Society, 1988. [24] 蕭文欣, '創新壓電變壓/換能器之理論與實驗 : 擬模態致動器及波傳設計理念之應用,' 國立臺灣大學應用力學?究所 碩士論文, 2000, pp. 38-42. [25] C.-K. Lee, 'Theory of laminated piezoelectric plates for the design of distributed sensors/actuators. Part I: Governing equations and reciprocal relationships,' The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 87, no. 3, pp. 1144-1158, 1990. [26] H. Tiersten, 'Hamilton's principle for linear piezoelectric media,' Proceedings of the IEEE, vol. 55, no. 8, pp. 1523-1524, 1967. [27] K. F. Graff, Wave motion in elastic solids. Courier Corporation, 2012, pp. 246-251. [28] M. Feldman, 'Hilbert transform in vibration analysis,' Mechanical systems and signal processing, vol. 25, no. 3, pp. 735-802, 2011. [29] V. Malladi, D. Avirovik, S. Priya, and P. Tarazaga, 'Characterization and representation of mechanical waves generated in piezo-electric augmented beams,' Smart Materials and Structures, vol. 24, no. 10, p. 105026, 2015. | |
| dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/83424 | - |
| dc.description.abstract | 本研究旨在開發一使用單頻雙模態(One-Frequency Two-Modes, OF-TM)驅動之壓電馬達，有別於過去單頻雙模態驅動方法在兩片壓電片上分別驅動相同頻率且相位差90度之訊號來激發相鄰兩彎曲模態來產生行進波，本研究在同一片壓電片上設計雙電極並藉由改變兩電極之輸入電壓比以及相位差，同時激發相互正交之彎曲模態與扭曲模態，並使所產生之行進波方向以及速度皆可進行調控，進而達到控制載物移動速度與方向之效果。本研究透過設計結構、壓電片、電極之尺寸以單一頻率激發出第八彎曲模態與第四扭曲模態之複合模態，並於結構中產生旋轉形之行進波。在結構設計上以不銹鋼作為傳遞行進波之基板並使用壓電陶瓷材料作為致動器，而夾具由鋁合金所製且使用雙定位銷夾持法，以利用線接觸的形式來模擬簡支端邊界條件。本研究並透過等效長度理論模型求得其解析解，及使用希爾伯特轉換數值模擬分析評估波形振幅均勻度，再透過分析波形之斜率與平均振幅得到最佳化行進波驅動參數，再以有限元素模擬驗證分析方法之可行性。本研究藉由理論設計不同壓電馬達結構以驗證單頻雙模態驅動法之條件，以實驗驗證雙電極壓電馬達結構之驅動效率，以輸入電壓比為13V：5V、相位差70度的2.073kHz單頻率驅動參數，可將重量為2.4g之載物向-y方向移動8.67mm，平均速度為0.83mm/s；在輸入電壓比為6.5V：10V、相位差為288度的參數下可將載物向+y方向移動9.06mm，平均速度為-0.85mm/s；而在輸入電壓比為13V：10V、相位差21度的參數下，載物可以向-y方向移動9.29mm，平均速度為2.03mm/s；最後在輸入電壓比為13V：10V、相位差為336度的參數下，載物可以向+y方向移動10.54mm，平均速度為-2.17mm/s，實際驗證了透過改變輸入訊號之電壓比與相位差具有控制載物移動速度與方向之效果，以及以單一壓電片產生穩定傳遞波之功能驗證。 | zh_TW |
| dc.description.abstract | This study aims to develop a piezoelectric motor driven by one-frequency two-modes (OF-TM) method using a bending and a twisting mode. In the past, most OF-TM motors were driven by two piezoelectric sheets at the same frequency with a 90 deg phase difference for generating traveling waves. Unlike this traditional method, we use one piezoelectric sheet with two electrodes to generate and control the direction and speed of traveling waves. The driving performance can be controlled by adjusting the input voltage ratio and phase difference between the two electrodes. Using this design configuration, a composite wave of the 8th bending mode and the 4th twisting mode can be simultaneously excited to generate a rotary traveling wave by designing motor structure, piezoelectric sheet, and electrode size. In the structural design, stainless steel is used as the substrate, and a piezoelectric PZT ceramic is used as the actuator. An aluminum fixture is designed to simulate the simply supported boundary condition. To describe the vibration profile, an analytical solution is derived using the concept of equivalent length. The waveform is designed using the numerical simulation and the Hilbert transform. The optimized driving parameters are obtained by analyzing the slope and average amplitude of the waveform. The feasibility of this method is verified through finite element simulation analysis. Finally, the present study is verified experimentally using a scanning laser Doppler vibrometer to monitor generated traveling waves. The driving efficiency is studied and compared. The experimental results demonstrate that objects in different weight can be moved in both +y and -y directions. For a 2.4g object, it can be moved in -y direction at a speed of 0.83mm/s and a distance of 8.67mm under a condition of 13V: 5V and 70 deg phase difference. In +y direction, the average speed is 0.83mm/s and moved 9.06mm under a condition of 6.5V: 10V and 288 degrees. The speed increased to 2.03mm/s and -2.17mm/s in +y and -y directions under the conditions of 13V: 10V and 21 deg and 336deg, respectively. These experimental findings verify that changing the input voltage ratio and phase difference can control the moving speed and direction. It also verifies that using a single piezoelectric actuator, a rotary piezoelectric motor can be developed using the OF-TM method. | en |
| dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2023-03-19T21:07:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 U0001-1609202214171400.pdf: 8849826 bytes, checksum: 149aaa678e61a19df59004b871adc78f (MD5) Previous issue date: 2022 | en |
| dc.description.tableofcontents | 口試委員審定書 i 誌謝 ii 中文摘要 iii ABSTRACT iv 目錄 v 圖目錄 ix 表目錄 xv 第1章 緒論 1 1.1 壓電馬達市場趨勢 1 1.2 研究背景與動機 2 1.3 文獻回顧 3 1.3.1 壓電馬達介紹 3 1.3.2 行進波式壓電馬達 6 1.4 論文架構 12 第2章 單頻雙模態壓電馬達之系統結構設計 13 2.1 設計理念 13 2.2 研究架構 15 2.3 基板與壓電材料選擇 16 2.4 壓電馬達系統結構 18 第3章 壓電材料介紹與理論推導 20 3.1 壓電材料介紹 20 3.1.1 起源 20 3.1.2 壓電效應 20 3.1.3 壓電材料種類 22 3.2 理論推導 23 3.2.1 壓電物性組成律方程式 23 3.2.2 壓電薄板物性方程式 27 3.2.3 有效表面電極 32 3.2.4 等效長度理論模型 33 3.2.5 等效楊氏模數 36 3.2.6 統御方程式推導 37 3.3 希爾伯特轉換 49 3.3.1 理論介紹 49 3.3.2 分析與定量行進波之效率 51 第4章 壓電馬達系統製程與實驗架設 54 4.1 結構尺寸設計 54 4.1.1 不同寬度下彎曲模態與扭曲模態之頻率分佈 54 4.2 壓電片與電極尺寸設計 56 4.2.1 壓電片長度 56 4.2.2 電極長度與寬度 58 4.3 有效表面電極製備流程 62 4.4 雙簡支端夾具 63 4.5 實驗架設 65 第5章 數值模擬分析 68 5.1 數值模型建立與參數設定 68 5.2 結構模態分析 69 5.3 單頻率驅動於不同壓電馬達結構之行進波分析 71 5.3.1 驅動單頻率於不同寬度結構之結果比較 71 5.3.2 驅動單頻率於不同壓電片尺寸之結果比較 72 5.3.3 驅動單頻率於不同電極尺寸之結果比較 73 5.4 以希爾伯特轉換分析雙電極結構行進波最佳驅動參數 74 5.4.1 不同電壓比與相位差的貢獻與影響 74 第6章 有限元素模擬分析 80 6.1 有限元素模型建立與參數設定 80 6.2 結構共振頻率與模態振型 83 6.3 單頻率驅動於不同壓電馬達結構之行進波運動分析 83 6.3.1 驅動單頻率於不同寬度結構之模擬結果比較 85 6.3.2 驅動單頻率於不同壓電片尺寸之模擬結果比較 86 6.3.3 驅動單頻率於不同電極尺寸之模擬結果比較 87 6.4 雙電極壓電馬達結構之行進波分析 88 6.4.1 不同電壓比與相位差的貢獻與影響 88 第7章 單頻雙模態壓電馬達之實驗結果與討論 92 7.1 不同壓電馬達結構之共振頻率量測 92 7.2 不同壓電馬達結構之模態振型驗證 98 7.3 不同壓電馬達結構之行進波實驗驗證 103 7.3.1 驅動單頻率於不同寬度結構之結果比較 103 7.3.2 驅動單頻率於不同壓電片尺寸之結果比較 104 7.3.3 驅動單頻率於不同電極尺寸之結果比較 104 7.4 雙電極壓電馬達行進波最佳驅動參數之實驗驗證 105 7.4.1 驅動訊號電壓補償分析 105 7.4.2 不同電壓比與相位差之驅動效率 106 7.5 載物驅動實驗 110 7.5.1 不同壓電馬達結構載物驅動實驗 111 7.5.2 雙電極壓電馬達結構之不同電壓比與相位差驅動載物實驗 114 7.5.3 雙電極壓電馬達結構不同荷重載物實驗 118 第8章 結論與未來展望 122 8.1 結論 122 8.2 未來展望 123 REFERENCES 124 | |
| dc.language.iso | zh-TW | |
| dc.title | 以單頻雙模態驅動彎曲扭曲複合模態壓電馬達之研究 | zh_TW |
| dc.title | On the Study of Using One-Frequency Two-Modes for the Driving of Bending-Twisting Mode Piezoelectric Motor | en |
| dc.type | Thesis | |
| dc.date.schoolyear | 110-2 | |
| dc.description.degree | 碩士 | |
| dc.contributor.coadvisor | 吳光鐘(Kuang-Chong Wu),許聿翔(Yu-Hsiang Hsu) | |
| dc.contributor.oralexamcommittee | 宋家驥(Chia-Chi Sung),謝志文(Chih-Wen Hsieh) | |
| dc.subject.keyword | 單頻雙模態,行進波,壓電馬達, | zh_TW |
| dc.subject.keyword | One-Frequency Two-Modes,Traveling wave,Piezoelectric motor, | en |
| dc.relation.page | 125 | |
| dc.identifier.doi | 10.6342/NTU202203470 | |
| dc.rights.note | 未授權 | |
| dc.date.accepted | 2022-09-19 | |
| dc.contributor.author-college | 工學院 | zh_TW |
| dc.contributor.author-dept | 應用力學研究所 | zh_TW |
| 顯示於系所單位： | 應用力學研究所 | |
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