2019 Fiscal Year Research-status Report
Efficient self-powered energy harvesting circuit designs
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18K11227
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
史 又華 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (70409655)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | Energy Harvesting / 振動発電 / 高効率インターフェース回路 / 広帯域 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は人間がエネルギー源（例えば、踏む、歩く、漕ぐ、押すなどの動作による発電させようというもの）として圧電素子を用いた高効率なエネルギーハーベスティング (Energy Harvesting) インターフェース回路の研究開発を目的とする。特に、①自己駆動型スイッチング制御回路、と②広帯域化設計手法の研究開発を行う。
2年度目は以下の研究を行った。（１）初年度に提案した自己駆動型スイッチング制御回路の効率を向上させるために、負荷特性と電力効率の定量的な計算を行い、その結果を用いてシミュレーションを行った。さらに、多数の試作を行い、実機での測定実験も行った。その結果、人体の動作を用いたバッテリーフリー無線送信可能なウェアラブルデバイスの製作が成功した。これから、その研究成果を基づいて、IEEEトップ論文誌への投稿を予定している。（２）振動周波数の変動に生じた周波数ミスマッチにより、エネルギー変換能力が低下する問題点に対して、広帯域化設計手法の開発を行った。特に、Synchronous Electric Charge Extraction (SECE) 回路に基づき、Phase-Shift 回路設計を提案した。提案手法は、スイッチの導通タイミングに位相差を挿入することにより帯域幅を拡げる手法である。結果、遅延を挿入して非共振状態でも高出力を獲得することが確認できた。既存のSECE回路と比べ、-3dB帯域幅が78％拡げられ、最大出力電力が34％向上することが実現できた。しかし、提案手法では、振動周波数が激しく変動すると精確に周波数を検出することができなかった。その点については、次年度で課題として改善を行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初予定では2年目までに理論解析・回路設計、3年目に試作・測定の予定であったが、実際には2年目に多数の試作・測定まで行ったので、当初予定も前倒しで研究を実施した。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度では、まず提案した自己駆動型スイッチング制御回路および広帯域設計手法の改良を行う。特に、現実な振動への設計技術に関する研究開発を行う。また、これまでの研究成果をまとめて、IEEEトップ論文誌への投稿を行う。
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| Causes of Carryover |
理由：研究調査のために3月の海外出張を計画していたが、新型コロナの影響で出張ができなくなったため、次年度使用額が生じた。本研究には支障はなかった。
使用計画：複数圧電素子に加えられる振動を定量的に評価するために、加振機（１台）の追加購入を予定している。
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