2020 Fiscal Year Research-status Report
電圧反転とサージ電圧を併用した高性能振動エネルギハーベスト手法の確立
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20K04373
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
小野田 淳次郎 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 名誉教授 (20013740)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
峯杉 賢治 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (90239327)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | vibration energy harvest / piezoelectric / low-amplitude vibration / serge voltage |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、従来の代表的振動エネルギハーベスト手法であるSSHIの電圧反転による電圧増幅機能と、サージ電圧を併用することにより、より優れた振動エネルギハーベスト手法を開発しようとするものである。その特性は主としてスイッチ駆動パターと回路トポロジーに支配される。
従来の2種のスイッチ駆動パターンに対し、大きなエネルギ散逸を伴う電圧反転の初期にエネルギを取り出せる新たな第3のスイッチ駆動パターンを加え、従来の回路トポロジーに対して新たな第2の回路トポロジーを加え、それらの合計6種の組み合わせである6種の手法を定義した。そのうちの4手法が新しい手法である。これらの6種の手法の性能について、近似的解析解、数値シミュレーション、実験により性能や動作メカニズム等の比較検討を行った。これらの結果は互いに整合することや、懸念した浮遊静電容量の影響も無視できること等を実験で確認した後、数値シミュレーションを活用して6種の手法の性能特性とロバスト性を吟味した。
その結果、6種の手法共にSSHIに比べ、振動レベルが小さい場合にもエネルギ蓄積用キャパシタを遥に高電圧にまで充電できること、つまり大きなエネルギを蓄えられることが示され、特に間欠的にエネルギを消費するような孤立システムの電力確保に適していることが示された。特に新たに導入したスイッチ駆動パターンが最も高い性能をもたらすことが示された。また、新たに導入した回路により、従来の回路と同等の性能が得られることが示され、各回路それぞれ特有の特色を持つことを考慮すると、状況に応じて有力な代替候補になり得ることが示された。
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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
研究実績の概要の項で述べたような研究成果が得られ、これらをまとめた論文を既に学術誌に投稿できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究実績の概要の項で述べたように、目指した成果の内の必須の部分は既に得られたと認識している。
今後更に有利なスイッチ駆動パターンを模索するとともに、本手法の様々な場面(力学系と電気系の結合が強い場合、振動に若干のランダム性が含まれる場合等)での特性を数値シミュレーションを活用してより広く吟味する。必要に応じて新たな実験をも行う。
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| Causes of Carryover |
・新型コロナ蔓延の影響で、当初予定した実験装置の基幹部の製作が迅速に進むかどうか不安もあり、新製を取りやめ、以前他の目的に製作して現在使用していない装置の手直しと整備により乗り切ることを先ず試みた。結果的に必要な実験を行えたので、経費と時間を節約できた。次年度以降の研究の展開に応じて現有実験装置の更なる手直しや、新たな実験装置の製作が必要になれば、これに充てる計画である。
・予定した学会2件ともに、参加登録費無料のリモート開催となり、経費が不要となったために、旅費等が未使用となった。今後、投稿論文のオープンアクセス化等の旅費以外の費目に充てることも含めて有効に活用する。
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