2015 Fiscal Year Annual Research Report
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
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15H02976
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
五十嵐 一 北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (90212737)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 振動発電 / 環境発電 / 無線センサ / センサネットワーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
橋梁や道路橋，トンネルなど社会インフラの老朽化が問題になっている．これらの安全監視には，高密度に配置された無線センサが有効である．しかし無線センサのバッテリー交換は膨大な人件費を必要とする．このためバッテリーを必要とせず，環境から回収したエネルギーで自律的に動作する無線センサの開発が急務である．構造物の微小振動から電力を得る振動発電はこのような環境発電に極めて有効である．しかし従来の振動発電では共振周波数のみで動作するため，構造物の広い周波数帯域の振動から効率よく発電できなかった．本研究では，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方式を開発し，実験と数値計算によりその基本特性を明らかする．さらに開発した発電機が実環境で無線センサを安定的に駆動可能であることを実証する．
H27年度は二つのコイルを振動の垂直面に並べた新しい振動発電機を開発した．本振動発電機では，永久磁石・コイル・磁気コアにおいて閉磁路を構成するように工夫しているため，従来よりも発電効率を大幅に向上させることができた．また，広帯域での発電を実現するためにはカオス振動を発生させることが有効であるが，カオス振動の発生条件を理論および実験により明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成27年度においては，カオス振動発電機の最適設計と光造形方式の3次元プリンタによる試作を行い，さらに作成した振動発電機の特性を計測する計画であったが，これらを実施することができた．開発した振動発電機は，研究代表者らが開発してきた振動発電機よりも大幅に高い発電効率を持つことが分かった．さらに，作成した振動発電機がカオス振動を発生するための条件を理論と実験により明らかにした．
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| Strategy for Future Research Activity |
H27年の検討により，振動発電機のコイルの中心が振動の上下にある二つの永久磁石の中心に一致することが，カオス振動発生のために重要なことがわかった．今後は，コイル位置を二つの磁石の中心に合わせるための調整機構を検討し，カオス振動を実際に発生させる予定である．また振動発電機の発電効率をさらに改善するために，複数の振動発電機を組み合わせる方式について検討する予定である．
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