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

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25420175
• 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, 大学院理工学府, 准教授 (60344925)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 機械力学・制御

Outline of Annual Research Achievements

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．弦拘束した薄肉長方形板および熱変形により得たプラスチック曲板による予備検討に続き， CFRP複合材料を非対称に積層した，モーフィング変形により円筒型初期形状を有する板を製作し，流体励振実験を行なった．具体的には，送風機により，一辺を固定した曲板の縦方向から風の流れを生じさせて板を励振した．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，流体励振における曲板の振動挙動を明らかにした．その結果，風速に応じて適切に風向を設定することで，板に動的飛び移りを伴う振動を生じさせることができることを示した．また，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，主成分分析より，動的飛び移りを生じる際に，主体となる振動モード形状を明らかにした．