2021 Fiscal Year Annual Research Report
磁気反発力による衝撃方向変換機構を用いた無指向性振動型MEMSエナジーハーベスタ
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19K04533
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
藤田 孝之 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (50336830)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | エナジーハーベスタ / MEMS / 磁性薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
MEMSと融合可能な独自のネオジム(NdFeB)スパッタ薄膜磁石を用いた磁気反発力による衝撃方向変換機構を考案し，面外方向（厚さ方向）の衝撃を，直交した面内方向衝撃に変換する低背エナジーハーベスタの実現と，無指向性振動型エナジーハーベスタの実現可能性を模索する。本年度は，磁性体から得られる磁気反発力により衝撃・加速度の方向転換機構の詳細を明らかにするため，単純な片持はりバネとマス構造をシリコンMEMS技術で作製し，磁性体薄膜と組み合わせたサンプルの評価を行った。梁の振動特性は通常バネ定数とマスで定義されるが，磁気反発力がバネ定数に重畳されることにより非線形な振動特性が得られることを用い，磁気反発力のて定量的な評価に取り組んだ。機械特性測定のため，薄膜磁石に着磁処理を行わず加振測定を行ない，駆動周波数の上昇(up sweep）と下降(down sweep)を別々に測定し，ヒステリシスについても検証した。印加加速度および周波数をスイープさせ，着磁前後で明らかに異なる特性が確認でき，磁気反発力が振動に影響していることが確認できた。
最終年度ではCOVID-19の影響もあり，研究はシミュレーションが主となったが，衝撃に対する応答，SRS(ショック・レスポンス・スペクトラム）解析で，面外方向への衝撃でどの程度，面内方向への励振が得られるのか，有限要素解析ソフトだけでなく，磁気モーメント法ソフトも活用して，動解析にも取り組んだ。先行研究では面外（Z方向）から面内（X方向）への方向転換機構については，解析を行ってきたが，複数の磁性体を交互に配置し直交面内（Y方向）からの衝撃も同じくX方向に変換できる斜め45度の変向が可能な形状を設計，解析し，３Dプリンタを用いたラージモデルで動作検証を行った。
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