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具機械式自動剎車功能風機之可靠性評估
(2014)
金大仁
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KAM TAI-YAN
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國立交通大學機械工程學系（所）
具被動式裝置角控制複合材料風力葉片之可靠性評估
(2013)
金大仁
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KAM TAI-YAN
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國立交通大學機械工程學系（所）
再生能源科技的發展與應用(尖端的科學)
(2008)
金大仁
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KAM TAI-YAN
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國立交通大學機械工程學系(所)
本計畫擬藉原理介紹、動手作和參訪等方式來推廣再生能源的科技知識，其中所推廣的再生能源種類為風能、太陽能和燃料電池等。介紹的內容包括各種再生能源的發展歷史、作動原理、應用及展望，使學員有一整體的認識。動手作方面包括兩部份，一為實體再生能源系統（風能與太陽能）的展示與重要元件的組裝，另一為由學員自行組裝藉再生能源發電系統驅動的玩具，以了解系統的構造及其應用。參訪方面將安排參觀台電再生能源（風能和太陽能）的發電設施，使學員了解再生能源在產業界的發展及應用狀況。參與本計畫的學員以國高中生為主，人數約30~50。學員從本計畫的活動中，不單可增加對再生能源的認識和提升對環境保護的重視，亦可藉親身的經歷來培養對再生能源領域的興趣和潛能。
加勁複合材料板的揚聲特性研究
(2008)
金大仁
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KAM TAI-YAN
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國立交通大學機械工程學系(所)
複合材料板因質輕強度大，在航太與民生工業中常被用來製作高性能系統的構件。當複合材料板件受激震時會因振動而發出聲音，對靜音需求高的系統言，若板件中某些自然頻率及模態被激震起來時，一些不悅耳的噪音便會產生，影響系統的功能。一種解決這種噪音產生的問題是在板件上貼上加勁條，藉改變板件的振形來抑制噪音的發生，另一方面，對將板件用做揚聲用的系統言，增加加勁條可因改變板件的振形而消除某些頻段的音谷或尖銳的聲音。本計劃將應用理論和實驗的方法來研究具加勁條複合材料板的揚聲特性，其中理論部分將應用Ritz方法來建立分析加勁複合材料板振動的數學模式，並用Rayleigh的聲壓計算公式來分析複合材料板具不同加勁方式的揚聲行為，最後利用最佳化方法設計特定複合材料板的最佳加勁方式。實驗方面，製作不同加勁複合材料板，藉量測這些板的自然頻率及聲壓曲線來探討其揚聲特性，並藉所得結果驗証理論分析方法的正確性。本計畫所獲得的結果將有助於加勁複合材料板的設計，而所建立的分析方法亦具學術參考價值。
受損汽機元件的非破壞評估與疲勞壽命可靠度評估
(1999)
金大仁
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KAM TAI-YAN
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交通大學機械工程系
受損複合材料板之修補及挫屈強度研究
(1996)
金大仁
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KAM TAI-YAN
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國立交通大學機械工程學系
可回收綠色風力葉片之研製
(2013)
金大仁
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KAM TAI-YAN
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國立交通大學機械工程學系（所）
垂直軸式層狀型風力發電系？i之研製-垂直軸式層狀型風力發電系統之研製-總計畫(II)
(2011)
金大仁
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KAM TAI-YAN
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國立交通大學機械工程學系（所）
風力發電為一主要的再生能源，它將大自然的風速動能轉換成電能，不需要石化燃料的能量轉換，成本低廉,亦不會產生二氧化碳與其他廢氣等公害, 為一潔淨能源。風力發電可分為垂直軸式與水平軸式两種, 目前大型風機多為水平式, 但中小型則傾向採用垂直軸式, 因為垂直軸式風力發電具有設計方法先進、風能利用率高、起動風速低、基本不易產生氣動噪音等優點，具有廣泛市場應用的前景，因此垂直軸式風力發電機將越受重視。在實際環境中風向是經常變化的，水平軸式風機的迎風面不可能始終對著風，容易引起“對風損失” 即無法充份吸取風能的缺點，而垂直式風機則不容易存在這個問題。另一方面,垂直軸式風機的葉片在旋轉過程中的受力情況要比水平軸式的好，由於慣性力與重力的方向始終不變，所受的是恆定載荷，因此疲勞壽命要比水平軸式風機長。同時，垂直式風機可以放在風機的下部或是地面，便於安裝和維護。雖然垂直軸式風機有上述的優點, 但目前的設計方式存在着不少缺點, 以致其發電效率不彰, 影响其經濟價值。一般阻力型(Savonius)垂直軸式風機在低風速時便可啓動發電, 但只能在慢轉速下發電, 風速變高後發電效率便會變差。若改為升力型(Darrieus) 者, 則只適合在高風速下發電, 低風速時發電效率不佳。將两者合在一起來發電, 則可能會有慣性牽累及擋風的問題發生, 影响發電效果。本研究提出一新的設計理念, 以排除目前垂直軸式風機的缺點。本計畫所研發的垂直式風機系統包括一多層圓盤式吸能機構、發電機、電控系統(含儲電及市電併網管理功能) 和蓄電元件等。第一年先以一1kW的新型垂直軸式層狀型風機系統作為模擬對象, 分別研究葉輪的空氣動力特性及流場形態、複合材料葉輪的結構設計及壽命評估、複合材料葉輪的成型方法及模具設計、永磁式發電機的發電特性及可靠度、電力的最佳管控方法、儲電系统的建立、轉動機構的行為、系统的整合技術、元件及結構的測試方法與允收標準、系统的試騐方法及效率與可靠性評估等。第二年(即本年度)延續第一年的工作, 改善及提升第一年所建立之研究方法和技術, 並用於研製一實用型及具商品化潛力的1kW垂直軸式風機系统。本計畫將設計並製作發電系统的轉動機構, 然後整合子計畫或廠商提供之葉輪、發電機、電控系统及儲電元件以組裝整座風力發電系统, 進行風機系统運轉的功能、穩定性及可靠度試騐, 分析測試結果, 識別影響風機效率及導致風機系统失效之重要因子, 並提出改善對策。本計畫之研究將作為將來研發中型風力機系统的奠基工作, 所開發之設計、製造、測試、保固等程序和技術都可提供給產業界作為將來生產小型或開發中型風力機系统的依據。
垂直軸式層狀型風力發電系？i之研製-子計畫四：垂直式層狀堆疊型風力機之複材結構及機械元件的測試平台、允收標準及壽命試驗的建立(II)
(2011)
金大仁
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KAM TAI-YAN
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國立交通大學機械工程學系（所）
垂直軸式層狀型風力發電系統之研製---子計畫四：垂直式層狀堆疊型風力機之複材結構及機械元件的測試平台、允收標準及壽命試驗的建立(I)
(2010)
金大仁
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KAM TAI-YAN
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國立交通大學機械工程學系（所）
發展風力發電，不僅是能源開發的需要，也是環境保護的趨勢。風力發電將大自然的風速動能轉換成電能，不需要石化燃料的能量轉換，成本低廉,亦不會產生二氧化碳與其他廢氣等公害, 為一潔淨能源。風力發電可分為垂直軸式與水平軸式两種, 其中垂直式因噪音小、啟動力人低等優點，可應用於各社區及都會區作電力來源。與水平軸風機相比，垂直軸風機在製造、安裝、維護和抗疲勞性能方面都有較大優勢。本計畫將建立測試垂直軸式風機中關鍵元件及結構的方法、平台和允收標準, 確保通過測試的元件和結構都滿足國際規範的要求。本計畫分两年進行, 第一年計畫研究下列課題: (1) 設計開發垂直式層狀堆叠型風力機之複材葉片及機械零件的各項實驗之夾治具。 (2) 進行複材葉片及機械元件的靜態實驗(單、多點強度試驗、應變值量測、抗老化實驗、軸心強度試驗)、動態實驗(衝擊實驗、振動實驗、疲勞實驗、軸心與軸承的扭力、挫曲實驗)，並進行非破壞損傷檢測，同時了解結構及機械零件的破壞行為及模式，並探討補強方式來增加結構強度以符合IEC國際標準。 (3) 建立垂直式層狀堆叠型風力機的各結構與機械元件之測試平台、規範及允收標準，並藉由實驗量測來制定各結構件可承受最大風速的允收標準。 (4) 建立複材在不同溫度及濕度下的機械性質數據資料庫, 包括溫度效應因子FThermo及濕度效應因子FMositure , 以助評估元件的老化行為。 (5) 建立複材元件具有不同孔徑下的凹痕效應因子(FNotch)及濕熱效應的基材樹脂性質的衰減之經驗式, 以助元件強度的評估。第二年計畫： (1) 建立實體垂直式層狀堆叠型風力發電系統的試驗平台及可靠度試驗程序。 (2) 開發垂直式層狀堆疊型風力機整機測試平台之夾治具與機構。 (3) 建立垂直式層狀堆叠型風力實機運轉時的多點應變量檢測、轉動時的振動頻率檢測、轉動慣量檢測、噪音的檢測、疲勞及可靠度試驗等六項的實驗程序及測試平台。 (4) 建立垂直式層狀堆叠型風力發電機及複材結構件之壽命評估平台、允收標準及規範。 (5) 實機組裝及開發實體試驗所需的設備，進行實機疲勞試驗及建立尺寸效應因子，FSize。 (6) 建立在不同升溫及濕度下的實機運轉時各機械元件之應力-壽命數據。 (7) 依統計學與複材力學相關理論建立風力機運轉時之應力-壽命經驗式，用以評估葉輪的疲勞壽命。
垂直軸式層狀型風力發電系統之研製---總計畫(I)
(2010)
金大仁
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KAM TAI-YAN
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國立交通大學機械工程學系（所）
出功率、電控系統、壽命評估、旋轉機構、騐証風力發電為一主要的再生能源，它將大自然的風速動能轉換成電能，不需要石化燃料的能量轉換，成本低廉,亦不會產生二氧化碳與其他廢氣等公害, 為一潔淨能源。風力發電可分為垂直軸式與水平軸式两種, 目前大型風機多為水平式, 但中小型則傾向採用垂直軸式, 因為垂直軸式風力發電具有設計方法先進、風能利用率高、起動風速低、基本不易產生氣動噪音等優點，具有廣泛市場應用的前景，因此垂直軸式風力發電機將越受重視。在實際環境中風向是經常變化的，水平軸式風機的迎風面不可能始終對著風，容易引起“對風損失＂即無法充份吸取風能的缺點，而垂直式風機則不容易存在這個問題。另一方面,垂直軸式風機的葉片在旋轉過程中的受力情況要比水平軸式的好，由於慣性力與重力的方向始終不變，所受的是恆定載荷，因此疲勞壽命要比水平軸式風機長。同時，垂直式風機可以放在風機的下部或是地面，便於安裝和維護。雖然垂直軸式風機有上述的優點, 但目前的設計方式存在着不少缺點, 以致其發電效率不彰, 影响其經濟價值。一般阻力型(Savonius)垂直軸式風機在低風速時便可啓動發電, 但只能在慢轉速下發電, 風速變高後發電效率便會變差。若改為升力型(Darrieus) 者, 則只適合在高風速下發電, 低風速時發電效率不佳。將两者合在一起來發電, 則可能會有慣性牽累及擋風的問題發生, 影响發電效果。本研究將提出一新的設計理念, 以排除目前垂直軸式風機的缺點。本計畫所研發的垂直式風機系統包括一多層圓盤式吸能機構、發電機、電控系統(含市電併網) 和蓄電元件等。第一年先以一1kW的新型垂直軸式層狀型風機系統作為模擬對象, 分別研究葉輪的空氣動力特性及流場形態、複合材料葉輪的結構設計及壽命評估、複合材料葉輪的成型方法及模具設計、永磁式發電機的發電特性及可靠度、電力的最佳管控方法、儲電系统的建立、轉動機構的行為、系统的整合技術、元件及結構的測試方法與允收標準、系统的試騐方法及效率與可靠性評估等。第二年延續第一年的工作, 改善及提升第一年所建立之研究方法和技術, 並用於研製一實用型及具商品化潛力的5kW垂直軸式風機系统。本計畫將設計並製作發電系统的轉動機構, 然後整合子計畫或廠商提供之葉輪、發電機、電控系统及儲電元件以組裝整座風力發電系统, 進行風機系统運轉的功能、穩定性及可靠度試騐, 分析測試結果, 識別影響風機效率及導致風機系统失效之重要因子, 並提出改善對策。本計畫之研究將作為將來研發中型風力機系统的奠基工作, 所開發之設計、製造、測試、保固等程序和技術都可提供給產業界作為將來生產小型或開發中型風力機系统的依據。
奈米材料披覆層之特性識別研究
(2009)
金大仁
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KAM TAI-YAN
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國立交通大學機械工程學系(所)
本計畫研究建立一套評估奈米鍍層品質的非破壞檢測方法，此法利用量測鍍膜板的自然頻率來識別奈米鍍層的材料常數及厚度分布，從而判斷奈米鍍層的品質。本研究將建立一分析奈米材料鍍膜平板自然振動頻率的方法，其中將平板分成若干區域，每一區域的鍍膜具有不同的材料常數及厚度，然後利用Rayleigh-Ritz方法建立鍍膜板的振動控制方程式，藉求解特徵值問題來得到鍍膜板的自然振頻。若量測的自然振頻與分析得到的自然振頻有異，則鍍膜的參數(材料常數及厚度)顯然與假設值不同。本研究利用最佳化方法來找尋鍍膜的真實參數，藉使理論與實驗自然振頻間的誤差最小化而找到正確的鍍膜參數。本研究將探討如何選取最佳化中合適的係數，使尋找的過程更快速及有效。本研究將進行奈米材料試片的系列實驗，先決定奈米材料在不同混合比例下的材料常數。然後進行奈米材料的鍍膜製作，預先設計不同鍍膜厚度及材料常數，然後製作鍍膜板供驗證本非破壞檢測方法之正確性。鍍膜板的自然振頻可藉敲擊法的振動試驗或用掃頻振動方法來求得，這些方法都非常方便及有效。量測到的自然頻率以取最低的5-7個頻率來進行鍍膜參數的識別，本研究將探討本方法在不同鍍膜材料及分布狀況的識別能力，結果可供產業界及學術界參考。
奈米碳管加勁複合材料揚聲板之研製
(2006)
金大仁
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KAM TAI-YAN
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交通大學機械工程系
本子計畫研發一適用於作為揚聲器的奈米碳管加勁複合材料板，此板有質輕剛度大的優點，受低頻激震力推動時以活塞運動方式揚聲，受中高頻激震力推動時以撓性振動變形方式來揚聲。本子計畫用兩年時間來完成研發工作，各年之研究內容分述如下：一、第一年研究製作單壁奈米碳管加勁碳纖或玻纖複合材料板的技術，包括奈米碳管在不同濃度的環氧樹脂中的分散方法和披覆在複材板表面的方法。測試及分析所研製奈米碳管加勁複合材料板的披覆厚度、披覆層中奈米碳管含量、加勁板之機械行為，建立奈米碳管含量及披覆厚度與板剛度之關係。提供相關參數及試件給總計畫及子計畫進行最佳化設計、聲壓分析及組裝試用。二、第二年研究製作多壁奈米碳管加勁碳纖或玻纖複合材料板的技術，測試及分析加勁板的剛度及機械性質，並比較不同奈米材料對揚聲器在聲音品質的影響。研究利用振動頻率的量測來反求奈米碳管披覆層的材料常數，建立一套奈米碳管披覆層材料常數識別方法及軟體，以利設計及製作奈米探管加勁複材揚聲板。
子計畫一：桁架式三明治複合材料構件的可靠度評估
(2001)
金大仁
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國立交通大學機械工程學系
小型奈米碳管加勁複合材料平板式揚聲器研發---子計畫一---奈米碳管加勁複合材料揚聲板之研製
(2005)
金大仁
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KAM TAI-YAN
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交通大學機械工程系
本子計畫研發一適用於作為揚聲器的奈米碳管加勁複合材料板，此板有質輕剛度大的優點，受低頻激震力推動時以活塞運動方式揚聲，受中高頻激震力推動時以撓性振動變形方式來揚聲。本子計畫用兩年時間來完成研發工作，各年之研究內容分述如下：一、第一年研究製作單壁奈米碳管加勁碳纖或玻纖複合材料板的技術，包括奈米碳管在不同濃度的環氧樹脂中的分散方法和披覆在複材板表面的方法。測試及分析所研製奈米碳管加勁複合材料板的披覆厚度、披覆層中奈米碳管含量、加勁板之機械行為，建立奈米碳管含量及披覆厚度與板剛度之關係。提供相關參數及試件給總計畫及子計畫進行最佳化設計、聲壓分析及組裝試用。二、第二年研究製作多壁奈米碳管加勁碳纖或玻纖複合材料板的技術，測試及分析加勁板的剛度及機械性質，並比較不同奈米材料對揚聲器在聲音品質的影響。研究利用振動頻率的量測來反求奈米碳管披覆層的材料常數，建立一套奈米碳管披覆層材料常數識別方法及軟體，以利設計及製作奈米探管加勁複材揚聲板。
小型奈米碳管加勁複合材料平板式揚聲器研發---總計畫
(2005)
金大仁
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交通大學機械工程系
本計畫擬整合四個子計畫來研究小型奈米碳管加勁複合材料平板揚聲器的聲音品質，其中所研製之揚聲器其大小在30mm×18mm×7mm 以內，頻寬為 300Hz.20KHz，感度在75dB/ 1M, 1W 以上，適合用於手機、PDA、MP3、IPOD、小型手提電腦等電子產品。本計畫將各子計畫所研製之元件組裝成揚聲器，然後進行各項聲音品質的分析與試驗，並提出改善聲音品質的方法。本計畫的研究為期兩年，各年的研究重點分述如下：一、第一年研究如何降低揚聲器的F0( 第一共振頻率 )和獲得合適的Q 值(F0 處聲壓的尖挺值 )以使低音有更深沈和動感的表現。同時研究揚聲器在高頻部分的表現，降低高頻聲壓衰減速度，以提升高音的清晰度。最後研究改善中音谷的不良效應及消除方法。二、第二年研究如何改善揚聲器失真行為，其中包括暫態波形響應量測和分析、諧波失真量測和分析、磁隙與音圈的非線性失真等，提出減少失真的方法以提升揚聲器的音色和傳真性。表
小型複合材料風力發電機葉片結構之研發
(2006)
金大仁
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國立交通大學機械工程學系(所)
小型風力機用複合材料葉片的可靠度模式之建立及應用研究
(2012)
金大仁
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國立交通大學機械工程學系（所）
小型風力發電機的三個重要研發課題是效率、可靠性和成本，其中風力葉片與這些課題均是息息相關的。葉片是風機的吸能元件，其效率及可靠性可直接影响風機的發電效率及效益，目前的葉片在這方面仍有很多尚待改進之處。複合材料具有多項優點，且因玻璃纖維布的價格較低，故目前的葉片多用玻璃纖維複合材料來製作。但這種葉片在日曬雨淋的環境下長期運轉會有疲勞及老化的問題，其材料的強度及常數會隨時間的增加而下降，若在葉片的設計過程中沒有加以考慮，將嚴重影响葉片的可靠度。另一方面，葉片在其設計年限內所受到的極端風力為一隨機變數，其值會受到隨機的風速和風向所影响，所以在葉片的設計過程中須考慮這些不確定因素，以確保葉片可達到一定可靠度的水平。本計畫擬建立一葉片可靠度分析方法，供設計複合材料葉片承受極端風力之用，其中玻璃纖維複合材料的性質遞減模式由老化及疲勞試驗的結果來建立，風速和風向設為隨機變數，並藉葉片元素理論來求得風力。在葉片的破壞分析中，考慮首層破壞、挫屈和折斷等破壞模態，並在風速和風向的聯合機率分布座標平面中建立葉片的極限方程式，然後利用數值積分方法求取葉片在不同負載狀况下的可靠度，結果可供改善葉片設計之用。本計畫將以一5kW 玻璃纖維複合材料葉片為例來進行研究，探討提升該葉片可靠度的設計方式。
政策導向計畫:風力發電研發人才培育計畫( I )
(2011)
金大仁
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國立交通大學機械工程學系（所）
本計畫將規畫兩年的課程來為產業界培育風力發電的研發人才, 第一年由國內從事風力發電系統研發的學者專家開授風力發電相關的課程,其中包括風力發電相關國際規範的介紹、風力葉片開發(葉片流場分析、葉形設計與效率評估、葉片結構分析與設計、葉片製造及修補技術、可靠度評估與試驗) 、發電機研發(磁場及頓轉扭矩分析、散熱設計、電壓與電流模擬分析、效率評估) 、電控系統設計(轉換器、整流器、穩壓設計、充電器、併網與儲電), 藉此系列課程以奠定參與學員在風力發電的良好基礎, 並使其具備研發風力發電的能力。本系列課程分五單元,每單元授課時數(含試驗時數)各為30小時, 另規畫綜合實驗6小時,練習風力發電系統的組裝與整合。第二年為進階課程將邀請國外(如丹麥、德國、美國及大陸地區)的學者專家來臺開授短期密集課程、參加風力發電研討會,並在會中發表專題演講與討論特定課題。本年度的課程仍分為五個單元, 每單元授課時數各為12小時, 另舉辦兩次各為期一天的研討會,邀請國內外產學專家參加,發表其研究成果並與學員研討。學員們在接受完第一年的培訓後, 應有良好的基礎來與國外的作深入的研討, 不單可得到溝通能力的練習及尋找合作機會,更可藉此多了解國外在風力發電的發展狀况
政策導向計畫:風力發電研發人才培育計畫(2/2)
(2012)
金大仁
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KAM TAI-YAN
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國立交通大學機械工程學系（所）