Resonant frequency tracking system for MEMS vibrational energy harvesters

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14509
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 28050:Nano/micro-systems-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Honma Hiroaki 東京大学, 生産技術研究所, 特任助教 (70833747)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 振動発電 / MEMS / 周波数追従 / エレクトレット / PLL

Outline of Final Research Achievements

Automatic frequency tracking of MEMS vibrational energy harvester is demonstrated for the first time using a phase-locked loop (PLL) type feedback control on the electrostatic force acting on the power-generating electret electrodes. We developed an electret vibrational energy harvester which is capable of monitoring phase state variables. Taking advantage of the function, we compare the harvester’s oscillation phase and that of the incoming vibrations to synthesize a voltage to control the impedance in the automatic frequency tracking system. The system controlled the resonance at a frequency ranging from 100.7 Hz to 102.0 Hz, thereby maintaining the output power at its peak value of the resonance.

Free Research Field

電子デバイス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来の振動発電素子の多くは、微弱な環境振動を増幅するため共振機構を利用し発電するため、外部振動が変動すると発電電力が大幅に減少する問題がある。本研究で実証した自動共振システムは、周波数変動に対して発電素子の共振周波数を自動で追従できる。このため、提案システムを振動発電に導入することで、回転機など負荷状態によって数Hzの周波数変動がある環境振動源においても、常時最大発電電力を維持可能にした。