2017 Fiscal Year Research-status Report
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16K06147
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
長嶺 拓夫 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (00323379)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 風力発電 / 流体関連振動 / 自励振動 / ギャロッピング / 振動発電 / 圧電素子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は風力を利用した振動式の小型発電機の開発を目的としている。特に、風速が低い数m/s程度で発電が可能となるものを対象としている。一般的な風力発電機の適用風速である平均風速６m/s以上よりも低い風速であるため、流れ場から効率良く振動を起こすことが重要な要素となる。このことを達成するため、不安定振動の一種である空力自励振動のギャロッピング現象を利用して振動を起こすことを考えている。一般に自励振動は系の固有振動数で振動するため効率よく流れ場から仕事をされて振動しているからである。実験装置は、空気の流れ場に配置した受風部とそれを支える板バネと発電を行う圧電素子とそれを含む回路からなる。発電は流れから受風部が励振され、不安定振動（ギャロッピング）が発生する現象を利用して行う。この受風部は板バネで支持されており、受風部が板ばねの曲げ振動により振動する構成としており、その支持部の支持方法や曲げ剛性も発電特性に影響を与える。この板バネの曲げ振動から圧電素子を用いて発電を行う。基本的な構造は単純であり、独立したセンサ用の電源としても活用が期待されるものである。しかしながら、各部の形状および特性、電気回路による特性への影響など実験により調査計測しなければならないものも多い。ここでは、風速に対する受風部の向き、形状、取付け方法などが振動特性に与える影響について実験を行う。さらに電気回路についても、振動特性と発電特性に与える影響を実験的に調べる。さらに、実用化において風速の変動に対しても調査が必要であるため、実証実験を行う。本年度は受風部の形状による振動発生の違いについて実験と理論の面から検討を実施している。
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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
本年度も引き続き流れ場に配置した受風部の振動について、各パラメータの特性について実験を実施した。まず初めに発電を行わない状態で振動特性について実験をした。風速と迎え角について受風部の形状をパラメータとして実験を行い、振動発電に適した形状について検討を行い。受風面の形状について中央部がくぼんでいるものが適していることを実験的に明らかにしている。この実験結果に対し不安定性について検討を行い、中央部がくぼんだ形状の特性を考察している。次に実際の風の中で発電を行うことで振動特性について実証実験を行い、発電により十分な電力を発電できることを明らかにしている。
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| Strategy for Future Research Activity |
振動特性および発電特性についての実験はほぼ実施した。今後は流れ場の可視化を行いその励振メカニズムを検討するとともに、数値シミュレーションを実施し観察した可視化結果と比較を行う。その結果良い一致を得た後、流体からの励振力について検討を行う。特に受風部の形状に対しては、励振力との関係について定量的な検討ができていないため、これらについて検討を実施する。これらの結果をもとに設計指針を構築するとともに、製作する発電機の実証試験を実施する予定である。
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