インフラ安全監視センサを駆動する広帯域カオス振動発電機

• 研究課題/領域番号: 15H02976
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 社会システム工学・安全システム
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 五十嵐 一 北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (90212737)
• 連携研究者: 蟹江 俊仁 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10332470)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円); 2017年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2016年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2015年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
• キーワード: エネルギハーベスティング / 振動発電 / カオス振動 / エネルギーハーベスティング / センサネットワーク / 環境発電 / 無線センサー / RFID / 電磁界解析 / 無線センサ

研究成果の概要

本研究では，橋梁，トンネル，送電線鉄塔などインフラ構造物の安全状態モニタリングを行うための無線センサを開発した．バッテリーの交換が不要な無線センサ実現するため，これら構造物の広い周波数帯の振動からエネルギーを効率的に吸収するカオス振動発電機を開発した．本振動発電機は，重力加速度の1/10程度の振動加速度で無線センサICを駆動できる電力を発電することができることを実証した．

研究成果

• [雑誌論文] 電磁誘導型振動発電機を用いた無線センサー (2018)
  • 著者名/発表者名: 杉澤 健, 丸尾 昭人, 蟹江 俊仁, 五十嵐 一
  • 雑誌名: 日本AEM学会論文誌 巻: 26
  • NAID: 130007437847
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fast Three-Dimensional Analysis of Eddy Currents in Litz Wire Using Integral Equation (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hiruma, H. Igarashi
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Magnetics 巻: 53 ページ: 7000704-7000704
  • DOI: 10.1109/cefc.2016.7816272
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthesis of Cauer-Equivalent Circuit Based on Model Order Reduction Considering Nonlinear Magnetic Property (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuki Sato, Toshihito Shimotani, Hajime Igarashi
  • 雑誌名: IEEE Transaction on Magnetics 巻: 53 号: 6 ページ: 1100204-1100204
  • DOI: 10.1109/tmag.2017.2684242
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Homogenization Method Based on Model Order Reduction for FE Analysis of Multi-Turn Coils (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuki Sato, Hajime Igarashi
  • 雑誌名: IEEE Transaction on Magnetics 巻: 53 号: 6 ページ: 1100104-1100104
  • DOI: 10.1109/tmag.2017.2671449
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Time-periodic Eddy Current Analysis using Model Order Reduction and Time-periodic Explicit Error Correction Method (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, H. Igarashi
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｂ（電力・エネルギー部門誌） 巻: 137 号: 3 ページ: 202-207
  • DOI: 10.1541/ieejpes.137.202
  • NAID: 130005398436
  • ISSN: 0385-4213, 1348-8147
  • 査読あり
• [雑誌論文] Properties of chaotic vibration energy harvester: comparison of numerical results with experiments (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Sugisawa, H. Igarashi
  • 雑誌名: International Journal of Numerical Modelling: Electronic Networks, Devices and Fields 巻: 30 号: 5
  • DOI: 10.1002/jnm.2205
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Semi-Analytical Approach for Finite-Element Analysis of Multi-Turn Coil Considering Skin and Proximity Effects (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Igarashi
  • 雑誌名: IEEE Transaction on Magnetics 巻: 53 号: 1 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1109/tmag.2016.2601066
  • NAID: 120005952013
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Direct Synthesis of Equivalent Circuits from Reduced FE Models using Proper Orthogonal Decomposition (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Shimotani, Y. Sato, H. Igarashi
  • 雑誌名: COMPEL: The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering 巻: 35 号: 6 ページ: 2035-2044
  • DOI: 10.1108/compel-03-2016-0088
  • NAID: 120005955477
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Equivalent-Circuit Generation from Finite-Element Solution Using Proper Orthogonal Decomposition (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshihito Shimotani, Yuki Sato, Hajime Igarashi
  • 雑誌名: IEEE Transaction on Magnetics 巻: 52 号: 3 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1109/tmag.2015.2482540
  • NAID: 120005753709
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effect of Magnetic Contact on Macroscopic Permeability of Soft Magnetic Composite (2016)
  • 著者名/発表者名: Yasuhisa Ito, Hajime Igarashi
  • 雑誌名: IEEE Transaction on Magnetics 巻: 52 号: 3 ページ: 9499804-9499804
  • DOI: 10.1109/tmag.2015.2489227
  • NAID: 120005753716
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optimization of Antenna and Circuit Parameters for Microwave Energy Harvester (2016)
  • 著者名/発表者名: Takuya Mori, Hajime Igarashi
  • 雑誌名: International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics 巻: 53
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Model Order Reduction for Moving Objects : Fast Simulation of Vibration Energy Harvesters (2015)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Sato, Yuki, Sato, Hajime Igarashi
  • 雑誌名: COMPEL: The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering 巻: 34 号: 5 ページ: 1623-1636
  • DOI: 10.1108/compel-02-2015-0043
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Model Order Reduction, Homogenization and Their Combination (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Igarashi
  • 学会等名: COMPUMAG2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 橋梁等の微小振動で動作する構造物モニタリング用無線センサーの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐一
  • 学会等名: 北海道CIM-GISセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Magnetic Circuit Model of Chaotic Vibration Energy Harvester (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Maruo, H. Igarashi
  • 学会等名: ISEM2017
  • 国際学会
• [学会発表] Eddy Current Analysis of Litz Wire Using Homogenization-based FEM in Conjunction with Integral Equation (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hiruma, H. Igarashi
  • 学会等名: COMPUMAG2017
  • 国際学会
• [学会発表] 電磁誘導型振動発電機の磁気回路モデルの検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 丸尾昭人，五十嵐一
  • 学会等名: 計算力学講演会
• [学会発表] Magnetic Circuit Model of Vibration Energy Harvester Based on Electromagnetic Induction (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Maruo, T.Sugisawa
  • 学会等名: JSST2016
  • 発表場所: 京都大学(京都市)
  • 年月日: 2016-10-27
  • 国際学会
• [学会発表] 電磁誘導型振動発電機の広帯域化のための設計最適化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 杉澤健，丸尾昭人，五十嵐一
  • 学会等名: 計算力学講演会
  • 発表場所: 名古屋大学(名古屋市)
  • 年月日: 2016-09-22
• [学会発表] 磁気回路法による非線形振動系の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 丸尾昭人，杉沢健，五十嵐一
  • 学会等名: 非線形問題の解法に関する研究会
  • 発表場所: 核融合科学研究所(土岐市)
  • 年月日: 2016-08-01
• [学会発表] 電磁誘導型振動発電機の蓄電実験 (2016)
  • 著者名/発表者名: 杉澤健，五十嵐一
  • 学会等名: 第28回電磁力関連のダイナミクスシンポジウム
  • 発表場所: 慶応義塾大学(横浜市)
  • 年月日: 2016-05-18
• [学会発表] 表皮・近接効果を考慮した巻線の均質化法解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤田祥伍，五十嵐一
  • 学会等名: 第28回電磁力関連のダイナミクスシンポジウム
  • 発表場所: 慶応義塾大学(横浜市)
  • 年月日: 2016-05-18
• [学会発表] Homogenized analysis of fine wires (2016)
  • 著者名/発表者名: Hajime Igarashi, Yasuhisa Ito, Yuki Sato, Shogo Fujita
  • 学会等名: The 10th International Symposium on Electric and Magnetic Fields (EMF 2016)
  • 発表場所: リヨン(フランス)
  • 年月日: 2016-04-12
  • 国際学会
• [学会発表] マルチスケール問題の電磁界解析：均質化とモデル縮約法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐一
  • 学会等名: 平成28年度磁性流体連合講演会
  • 発表場所: 北海道大学(札幌)
  • 招待講演
• [学会発表] 閉磁路型振動発電機の提案 (2015)
  • 著者名/発表者名: 杉澤健，五十嵐一
  • 学会等名: MAGDA2015
  • 発表場所: 東北大学(仙台市)
  • 年月日: 2015-11-12
• [学会発表] Shape Optimization of Chipless RFID Tags Comprising Fractal Structures (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuta Watanabe, Hajime Igarashi
  • 学会等名: ISEM2015
  • 発表場所: 夢舞台国際会議場(淡路市)
  • 年月日: 2015-09-15
  • 国際学会
• [学会発表] 電磁誘導型振動発電機と回路の結合系数値シミュレーションおよび実験 (2015)
  • 著者名/発表者名: 杉澤健，佐藤孝洋，五十嵐一
  • 学会等名: 電磁力関連ダイナミクス講演論文集
  • 発表場所: ハウステンボス(佐世保市)
  • 年月日: 2015-05-14