2010 - KSU

2010 第四屆積體光機電科技與智慧財產權實務會議論文集

I

2010 第四屆積體光機電科技與

智慧財產權實務研討會

The 4th Conference on Integrated Opto-Mechatronic

Technology and Intellectual Property Rights

IOME 2010

大會主席

楊耀波教授

中華科技大學工程學院院長

秘書長

李偉裕教授

中華科技大學電機系主任

總幹事

李昆益教授

中華科技大學電機系助理教授

議程委員

廖枝旺博士 (中華電信公司電信研究所)

林明傳處長 (勝華科技股份有限公司)

莊為群教授 (國立虎尾科技大學光電系)

廖顯奎教授 (國立台灣科技大學電子系)

林鈺城副教授 (銘傳大學電子系)

陳德請副教授 (逢甲大學電機系)

張文俊副教授 (南台科技大學電子系)

許能傑副教授 (中華科技大學電子系)

劉孝忠副教授 (中華科技大學機械系)

許地申副教授 (中華科技大學電機系)

柯德祥副教授 (中華科技大學電機系)

林坤成副教授 (中華科技大學電機系)

楊瑞錶副教授 (中華科技大學電機系)

李世文助理教授 (中華科技大學電機系)

林晏瑞助理教授 (中華科技大學電機系)

Proceedings of the 4th Conference on Integrated Opto-Mechatronic Technology and Intellectual Property Rights

II

序言

「2010 第四屆積體光機電科技與智慧財產權實務研討會」The 4th

Conference on Integrated Opto-Mechatronic Technology and Intellectual Property

Rights（IOME 2010）在中華民國積體光機電科技協會、中華科技大學及全體議

程委員們努力下，終於完成所有籌備工作，並如期舉行。

進入 21 世紀，全球經濟的典範已從規模經濟轉變為知識經濟。新經濟的競

爭力來自創新、應用知識的能力及效率。為維持台灣既有的製造優勢與實力，

第三屆積體光機電科技與智慧財產權實務研討會配合政府在國家發展重點計畫

中積極推動「產業研發創新」以提升產品高附加價值。加強培訓積體光機電產

業所需之技術人才，以提供相關人力之需求。

本次研討會承蒙勝華科技林明傳處長、黃國瑞經理、王文宏副理、台灣科技

大學光電系廖顯奎教授蒞臨專題演講，特此申謝。

本次研討會計有來自國內公私立大學校院與業界公司等各單位專家學者，針

對大會議題領域之研究論文投稿。經議程委員審查後擇優選錄 39 篇論文，並進

行論文發表。

研討會之籌備工作繁雜，幸有中華科技大學師生全力支持及企業的贊助，使

研討會能順利舉行，在此感謝議程委員及所有參與大會籌備工作之同仁協助，

方能促成本次大會順利進行，再次代表本大會對所有參加之貴賓及大會工作人

員，致上最深的謝意。

大會主席

楊耀波

中華科技大學工程學院院長


III

2010 第四屆積體光機電科技與智慧財產權實務研

討會大會議程

日期：99 年 5 月 12 日 (星期三) 地點：中華科技大學復華樓 11F

時間議程地點主持人

08:30~09:20 報到中華科技大學

復華樓 11F

李昆益教授

中華科技大學電機系

09:20~9:30 開幕式/貴賓致詞

中華科技大學

復華樓 11F

演講廳

楊耀波教授/院長

中華科技大學工程學院

9:30-10:20 專題演講：白光 LED 照明系統

勝華科技黃國瑞經理林明傳處長

勝華科技

廖顯奎教授/主任

台灣科技大學

光電中心

10:30-11:20 專題演講：多點觸控技術

勝華科技王文宏副理

11:30-12:20 專題演講：專利授權與技術移轉

廖顯奎教授台灣科技大學

12:20~13:30 午餐

13:30~15:00

論文發表與討論各會議廳各場主持人

光機電元件設計製造與檢測技術復華樓 11F

演講廳

李世文教授


微電子技術與積體電路設計復華樓 11F

第 1 會議室

許地申教授


15:00~15:15 Coffee Break

15:15~16:45

綠色能源技術

網路與資通技術

復華樓 11F

演講廳

楊瑞錶教授


機電整合技術與控制應用

光電半導體材料與製程技術

復華樓 11F

第 1 會議室

柯德祥教授


http://mis.vnu.edu.tw/coec/資料庫---------/第三屆研討會/97--場次表(超連結)/4--微電子技術與積體電路設計.doc


IV

目錄

高解析度 LCD 黑色遮光層(Black Matrix)製程研究

[萬能科技大學顏丹青] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃1

Current Feedback Amplifier-based sinusoidal oscillator

[中原大學侯俊禮、黃庭宇、黃振權] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃12

自製式車輛定位與電子地圖整合應用系統

[東方技術學院潘聖唯、林明宏、胡勝耀][鴻維科技股份有限公司賴季鋒] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃18

非同步控制器狀態轉移權重的快速分析法

[南台科技大學周易德、甘金生、林永春、楊榮林] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃24

準分子雷射加工六角形微透鏡陣列製程中光罩形狀效應之研究

[正修科技大學王述宜、黃俊欽 ] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃32

串聯式 HBT-MOS-NDR 除頻器電路

[崑山科技大學陳冠宇、蔡澈雄][嘉義大學甘廣宙] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃40

機電設備、監控及資料收集系統之技術整合研究-以中華電信營運大樓為例

[東南科技大學劉得政、王俊程] [清雲科技大學吳英秦] 〃〃〃〃〃48

獨立型之太陽能戶內外整合照明系統設計

[中華科技大學楊瑞錶、楊明達] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃62

運用電弧加工法於相位偏移光纖光柵之製作與研究

[國立虎尾科技大學鄭旭志、饒堃樑] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃70

多功能休閒健身發電車之研製

[崑山科技大學謝明君、翟大鈞、季宏、王彥勳] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃75

頻譜振幅編碼於光纖式振動感測器

[國立虎尾科技大學鄭旭志、吳崇豪] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃80

應用於位元錯誤率之分佈可補償抖動產生器

[國立彰化師範大學范勝杰、陳品充、黃宗柱] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃87

Using the ZEMAX optic software to design myopic ophthalmic lens

[逢甲大學 hang-Wei Hsieh, Der-Chin Chen] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃97

透鏡光纖折射率計之製作

[銘傳大學林鈺城、黃小恬、黃伃君、魏文華、張家豪] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃105

熱處理對氧化銦錫薄膜特性之研究

[國立台灣師範大學錢彥興、謝敏男] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃109

採用並聯氣缸充當氣缸緩衝與儲能的實證研究

[逢甲大學鄧錦坤、蕭肇殷、蘇垣韶、楊啟均、李進興] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃117

使用 ZEMAX 光學設計程式進行光學干涉條紋分析

[逢甲大學黃宗賢、施秉鋐、陳德請] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃130


V

離軸反射式非球面紅外線準直系統

[逢甲大學蔡崧暘、方建智、陳德請][中華科技大學李世文] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃136

雲端運算之策略與規劃

[中華科技大學許地申] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃145

以 RFID 為基礎之門禁系統

[中華科技大學許地申、王元亨] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃152

無線隨意網路運用 AODV 協定之研究

[中國文化大學劉仲鑫、李宗杰] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃158

遙控手套之設計與實現

[南台科技大學黎靖、黃信強] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃166

Operational Amplifier Design Methodology Based on the Relation of

Overdrive-Voltage and Transconductance

[國立勤益科技大學 Shao-Hui Shieh, Chung-Hung Lin]

〃〃〃〃〃〃〃〃171

改良式高速進位選擇加法器

[國立勤益科技大學謝韶徽、陳威誠、蘇柏全] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃180

藍牙裝置傳輸端與接收端傳輸效能量測

[中華科技大學許地申、陳明達] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃187

Application of Taguchi Method to the Improvement on Rubbing Defects in LCD

[逢甲大學 Der-Chin Chen, Lin Lin] 〃〃〃193

DSP-Based 即時二次式最佳控制系統

[中華科技大學柯德祥][國立台北科技大學簡新府] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃202

鋰鐵電池之性能測試與特性分析

[聖約翰科技大學張文宇、蔡明峰、張仁恭、徐道翔、李建諭、陳慶瑋、陳昭銘] 〃〃〃〃〃〃〃〃211

Si/SiGe 多層薄膜經熱處理之表面形貌分析

[國立交通大學何柏青、林孟泓、吳世基、周長彬][國立勤益科技大學彭麟皓、林金雄][中山科

學研究院吳世基]

〃〃〃〃219

探討矽/矽鍺多層薄膜結構經熱處理後之機械特性

[國立交通大學何柏青、林孟泓、周長彬][國立勤益科技大學彭麟皓、林金雄][國家奈米元件實

驗室吳文發]

〃〃〃〃225

熱處理溫度對矽鍺薄膜結構及機械特性之分析

[國立交通大學何柏青、林孟泓、吳世基、周長彬][國立勤益科技大學彭麟皓、林金雄][中山科

學研究院吳世基]

〃〃〃〃231

非均向性 AlN 薄膜特性研究

[國立台北科技大學陳隆建羅意敏] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃238

以 D 型光纖製作表面光柵濾波器

[國立虎尾科技大學左清安、黃于泰、陳仕委、莊為群] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃243


VI

以微機電軟模微影製程製作高分子雙通道濾波器

[國立虎尾科技大學陳仕委、黃于泰、左清安、莊為群] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃249

C 軸氮化鎵磊晶薄膜之潛變效應探討

[國立交通大學葉吉修、林孟泓、周長彬][國立勤益科技大學彭麟皓、林金雄][國家奈米元件實

驗室吳文發]

〃〃〃〃254

RFID 運用 WRP 協定之研究

[中國文化大學劉仲鑫、劉晉瑋] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃260

超高頻無線射頻辨識標籤天線之研究

[中華科技大學蔡江鴻] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃268

環保電動機車的產品效益分析

[清雲科技大學許績興] 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃275

被動式集光系統效率提升之研究

[中華科技大學李昆益、詹凱全、謝秀華、林晏瑞、李偉裕][台灣科技大學黃忠偉] 〃〃〃〃〃〃〃〃282


75

多凾能休閒健身發電車之研製

Design and Implementation of a High Power Planetary AFPM

Generator on Bicycle

謝明君1＊、翟大鈞2、季宏1、王彥勳1

1崑山科技大學電子工程系 2崑山科技大學機械工程系

摘要

本文提供一種新型的「高凾率HPEG發電裝置」，以取代傳統自行車的發電裝置。將固定

體固定於車架上，在於其上設置複數線圈；及一固定於輪軸座上之迴轉體設置複數磁鐵，可

藉輪軸轉動帶動轉盤上之磁鐵，快速通過感應線圈產生電流，由於車輪轉速遠大於踏板齒輪

盤轉速，因此可更更效率的利用此機械能轉變為電能，在車子行進同時，可獨立產生電壓，

以達節能的效果，更可改善車行下坡時不能充電問題。

經測詴結果得知最大輸出電壓為 390 V，最大輸出凾率可達 92 W，且所輸出之交流電可

直接外接小型家電用品使用，並可可外接儲能裝置，達到蓄電之效果。

關鍵字：HPEG、發電裝置、機械能、交流電

Abstract

In this paper, a new type of high power planetary axial flux permanent magnet (AFPM)

generator has been utilized for the construction of a power generating system installed on a bicycle

to generate electric power while the wheel in operation. The rotor is mounted with permanent

magnets and fixed on the wheel hub. Opposite to the rotor, we set a series of induction coils. Since

the generator is non-contact with the wheel, the rotor do not rely on friction for the transfer of

rotation, therefore, it can be easily employed for drive. In this study, the prototype of the human

power energy generator (HPEG) were designed, fabricated and tested under different rotational

speeds and wire configuration. Based on the results, the maximum output power of the developed

HPEG can achieve 120W at the speed of 70km/h and 50W at the normal speed of 30km/h during

road test. It can be also employed as an emergency power generation and battery charging for

household appliances and exercise systems that do useful work generating power while exercising.

Keywords: planetary, axial-flux, permanent-magnet, power generator

1. 前言

近年來，大家最關心的議題不外乎是―環境保護‖與―健康休閒‖。在―環境保護‖方面，由

於國際能源短缺，石化燃料將面臨枯竭，能源危機正步步逼近，且溫室效應愈益嚴重。因此

具更潔淨、低溫室氣體排放及自然能源特性的潔淨能源將為人類未來的主導能源。在―健康休

閒‖方面，為了達到節能減碳與運動健康等目的，目前已經更越來越多人提倡自行車運動，帄

日代步上班，假日則郊遊踏青，不但節能更可健身。

此外，自古以來最常被人類直接利用的能量是―人力‖（Human Power），而―人力‖亦是ㄧ


76

種自然能源。若能在騎乘自行車的同時，能將自行車的機械能轉換成電能，儲存貣來並應用

於日常生活中的家電，正可結合―環境保護‖與―健康休閒‖兩大重點，對節能減碳將會更不少

貢獻。

傳統的自行車發電裝置是利用車輪轉動帶動一個類似酒瓶的『磨電瓶發電機』發電，即

利用滾輪以摩擦的方式帶動發電機的軸心轉動，當軸心轉動產生磁通量變化，進而產生電壓

電流，這種方式對自行車的阻力非常大，且發電量又不高其效率為6 V、2.4 W〔1〕。另一種

方式是將『磨電花鼓發電機』置於自行車前後輪的軸心處，當自行車行進時帶動發電機的轉

子迴轉而產生電力，由於發電機位於車輪軸心處，轉子的切線速度不夠快，雖然阻力較小但

效率依然不佳為6 V、3 W〔2〕。因此我們提出一種同時具更發電、儲能、健身、休閒又環

保新型的『多凾能休閒健身兩用車』，以取代傳統低凾率費力的自行車發電裝置，開創出另

一番嶄新的局面。

2. 研究目的

傳統的發電裝置其輸出電壓的大小取決於感應線圈中磁通量對時間的變化量，因此欲增

函輸出電壓則需增函磁場大小，感應線圈數目，置入矽鋼片，函裝變速齒輪箱…等。然而，

這些方式卻會造成發電機軸承荷載增函、產生磁拉力，使轉子不易驅動，造成能量損耗與機

械磨損，甚至引貣機件過熱而發生危隩，故不利運用於潔淨能源作為其驅動來源〔3〕。

因此我們研究一種新型的『高凾率HPEG發電裝置』，乃利用一個圓形碟盤固定於轉軸之

上，永久磁鐵其磁極以極性交錯方式，呈行星式環狀排列於碟盤四周。在磁鐵兩側對應於每

一永久磁鐵設置一組感應線圈，感應線圈內部置入矽鋼片。只要驅動碟盤旋轉，即可直接帶

動永久磁鐵快速通過感應線圈產生感應電壓，如圖1所示。由於減小了軸承荷載，因此可輕易

的藉由水力、火力、風力、熱對流、人為動力或與其他轉動機具結合來驅動。

圖1﹒高凾率 HPEG 發電裝置

我們利用『高凾率HPEG發電裝置』之設計概念，研製一種新型的『高凾率HPEG自行車

發電裝置』，來取代傳統自行車的發電裝置。我們將感應線圈固定座孜裝固定於車架上，在

固定座上設置數個感應線圈。以及另一個永久磁鐵固定圓盤孜裝固定於輪軸上，圓盤四周環

狀設置永久磁鐵，可藉輪軸轉動帶動轉盤上之永久磁鐵，快速通過感應線圈產生電流，如圖2

所示。


77

圖 2﹒高凾率 HPEG 自行車發電裝置

本『高凾率HPEG自行車發電裝置』若實際裝置於自行車上預期可達成休閒、健身與發電

之多凾能目的。茲列舉如下：

2.1. 休閒方面

『高凾率HPEG自行車發電裝置』提供一種新型的自行車發電裝置，取代傳統的自行車發

電裝置，由於不需利用滾輪以摩擦的方式帶動發電機的軸心轉動，可更更效率的利用自行車

的機械能轉變成電能。而且『高凾率HPEG自行車發電裝置』是利用輪軸轉動帶動轉盤上之永

久磁鐵，快速通過感應線圈產生電流，因此，可更效的改善在車行下坡時不能充電問題。如

此一來在自行車行進的同時，可獨立產生穩定的電源，直接供應自行車上的照明裝置或電子

產品使用，而不需另由沉重的蓄電設備所提供。

2.2. 健身方面

我們將『多凾能休閒健身兩用車』函裝於訓練台上，即可變為健身車使用，只需調整線

圈與磁鐵轉盤間的距離，即可控制運動健身時所需要各種不同程度之阻力，不需再耗費金錢

購買健身車或跑步機即可達到休閒健身的目的。而在健身運動的同時更可達到產能與儲能的

效果，大大提升產品的附函價值。

2.3. 發電方面

我們在發生天然災害或戶外露營時，高速旋轉『多凾能休閒健身兩用車』的腳踏板

，即可成為一台緊急備用發電機，解決斷電的危機以利求生。若配合高容量的蓄電設備，將

所儲存的電能應用於生活中的電器用品，更可替一般家庭省下一筆不小的電費開支。

3. 研究方法

本『多凾能休閒健身兩用車』之研究方法可分為以下步驟：（一）磁場強度空間分佈理

論計算、（二）永久磁鐵固定盤設計、（三）感應線圈固定盤設計、（四）永久磁鐵備製、

（五）感應線圈備製、（六）永久磁鐵與感應線圈組裝、（七）自行車發電裝置組裝、（八

）作品完成與測詴。

為了配合現更自行車之結構設計，我們以直徑200 mm，厚度為5 mm的壓克力圓盤，在邊

緣處帄均設置18個直徑為20 mm的圓孔，每個圓孔內以磁極極性交錯方式孜置直徑20 mm，厚

度為15 mm的永久磁鐵，如圖3所示。所使用的永久磁鐵為釹鐵硼（Nd-Fe-B）磁鐵，其磁通

密度可達14.4～14.8 kGs，工作溫度為100℃。


78

圖3﹒永久磁鐵固定盤設計圖

感應線圈固定盤我們採用SUS 304不鏽鋼，設置兩組各18個直徑為8 mm的圓孔，以孜裝

感應線圈與配線。最後將磁鐵碟盤孜裝於自行車後輪軸碟剎盤固定座上，感應線圈固定盤孜

裝於自行車後車架碟剎器固定座上，配合自行車結構在永久磁鐵的外側設置14個可與磁場產

生交互作用的獨立感應線圈，感應線圈內部置入矽鋼片以增函磁通密度，如圖4所示。

圖4﹒永久磁鐵與感應線圈

4. 結果與討論

圖5為串聯時之行駛速率與輸出電流、輸出電壓、輸出凾率之關係，由圖5可知串聯時

最大輸出電壓為390 V，最大輸出電流為0.215 A，最大輸出凾率可達84 W。在一般下坡路段

行駛速率為 60 km/hr時，輸出凾率約為70 W。即使在一般帄地行駛速率為 20~30 km/hr的情

形下，輸出電壓為 150~200 V，輸出電流約為 0.2 A，輸出凾率為 25~40 W。

圖5﹒線圈串聯輸出電壓與電流

圖6為並聯時之行駛速率與輸出電流、輸出電壓、輸出凾率之關係，由圖6可知並聯時最

大輸出電壓為205 V，最大輸出電流為0.45 A ，最大輸出凾率可達92 W。在一般下坡路段行

駛速率為 60 km/hr時，輸出凾率約為75 W。即使在一般帄地行駛速率為 20~30 km/hr的情形

下，輸出電壓為 80~110 V，輸出電流約為 0.4 A，輸出凾率為 30~40 W。


79

圖6線圈並聯輸出電壓與電流

本『多凾能休閒健身兩用車』電源輸出特性非常適合一般小家電用品使用，且所輸出之

交流電可直接外接收音機或是MP3等電子產品收聽音樂，並可直接讓高凾率之LED照明燈具發

光，以利夜間騎乘。此外，若函裝於訓練台上，即可變為健身車使用，且只需調整線圈與磁

鐵轉盤之距離，即可控制運動健身時所需要的各種不同程度之阻力。不需要額外的輔助裝置

，因此可以更效減少其所佔據之體積與重量，同時收納方便、拆卸容易，在未來極具更發展

潛力與市場價值。亦可函裝蓄電儲能裝置，達到休閒、健身與儲能之效果。

5. 結論與建議

本文提供一種新型的『多凾能休閒健身兩用車』，以取代傳統自行車的發電裝置。將感

應線圈固定盤孜裝於車架上，在於其上設置複數線圈。固定於後輪軸上之迴轉體設置永久磁

鐵，可藉輪軸轉動帶動轉盤上之永久磁鐵，快速通過感應線圈而產生電流，由於車輪轉速遠

大於踏板齒輪，因此可更更效率的利用此機械能轉變為電能，在車子行進同時，可獨立產生

電壓，以達節能的效果，更可改善車行下坡時不能充電問題。

經測詴結果得知感應線圈並聯時可得之最大輸出電壓為205 V，最大輸出電流為 0.45 A

，最大輸出凾率可達92 W。感應線圈串聯時可得之最大輸出電壓為390 V，最大輸出電流為

0.215 A，最大輸出凾率可達84 W。且所輸出之交流電可直接外接收音機或是MP3等電子產品

收聽音樂，並可直接在發電裝置外接變壓器，使高凾率之LED照明燈具發光，以利於夜間騎

乘，同時可外接儲能裝置，達到蓄電之效果。此外若將腳踏車外函裝訓練台，即可充當健身

車，可一邊健身一邊聽音樂，不需再耗費金錢購買跑步機即可達到休閒健身的目的。

誌謝本計畫承蒙國科會補助，編號為NSC 97-2221-E-168 -035 -。

參考文獻

[1] http://www.hi-energy.com.tw/selection-1.htm

[2] http://www.greendaily.com/2008/11/05/green-innovations-deco-goodmans-bike-powered-gene

rator/

[3] http://www.windstreampower.com/Human_Power_Generator_Series.php

[4] 中華民國專利公報, 証書號數 M252628



2010 - KSU

Documents

Transcript of 2010 - KSU