メンテナンスフリー小水力発電のための鞍状板カオス振動発電機の開発

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25420175
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 永井 健一 群馬大学, その他部局等, 名誉教授 (00110403)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 丸山 真一 群馬大学, 理工学研究院, 准教授 (60344925)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 機械力学・計測制御

Research Abstract

環境への影響が少なく，クリーンかつ再生可能な発電法に小規模河川や用水路を利用した小水力発電がある．従来の小水力発電には，水車を利用した方法があるが，従来の水車は大型であり，用水路等の場所を選ぶという欠点があった．そこで，水流中に圧電素子内蔵の薄肉板を置いて流体励振による発電方法を提案し，この開発を最終目的とする．ここで，長方形板を鞍型にし，動的飛び移りを伴う振動応答を生じさせることで発電効率の向上が期待できる．本研究では, 弦拘束された薄肉長方形板の流体励振を行なった．具体的には，送風機により，一辺を固定し，他二隅を弦拘束された長方形板の縦方向から風の流れを生じさせて板を励振した．拘束条件を変化させ，長方形板を鞍型シェル状と円筒シェル状の二つの静的安定平衡点を持つようにし，板と風の角度と風速を変化させ，動的飛び移りを伴う振動応答を生じさせた．また，板にはひずみゲージを取り付けて，励振させた際の板のひずみを求めた．風の角度や風速を変え，流体励振における長方形板の振動挙動を明らかにした．その結果，弦拘束により，動的飛び移りを伴う振動応答において，ひずみの実効値振幅が大きくなることを確認した．また，大振幅の動的飛び移りを伴う振動を生じさせるには，弦に付加する張力および板に対する角度と風速を適切に調整することで可能となることを確認した．さらに，風による励振において，長方形板の振動応答は固有振動数近傍に振幅比が大きくなることが確認できた．さらに，動的飛び移りを伴う振動応答では，固有振動数近傍の他に，低い振動数域において広い振動数帯で高振幅比となることが確認できた．また，最大リャプノフ指数を求めた結果より，風の励振における板の振動応答はカオス振動であることわかり，動的飛び移りを伴うことで，より最大リャプノフ指数が大きくなるカオス振動であることが確認できた．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

流体励振される鞍型板の動的飛び移り振動により，発電量を向上できる見通しが実験により得られたため．

Strategy for Future Research Activity

弦による拘束を用いない鞍型板を試作し流体励振実験を行うことで，より実用に近い構成を確立する．さらに，水流での実験を行うための装置の製作を実施するとともに，自由境界を有する曲板の振動解析を実施する．

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

今年度購入した研究用機器類が予定より安価に購入できたために若干の次年度使用額が生じたものである．
次年度の研究経費の一部として使用する．