2013 Fiscal Year Research-status Report
空力弾性の振幅増大不安定を逆手に取った革新的高出力スイッチング振動発電
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25630436
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
槙原 幹十朗 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60392817)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
亀山 正樹 信州大学, 工学部, 准教授 (30302178)
竹澤 晃弘 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10452608)
跡部 哲士 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40586468)
下瀬 滋 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 主任研究員 (80443282)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 自然エネルギ / フラッタ振動発電 / 空力弾性 / 環境対応 / 知能機械 |
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| Research Abstract |
本研究では「空力弾性の振幅増大不安定を逆手に取った革新的高出力スイッチング振動発電」の実験実証が目的である．近年注目されている自然エネルギ利用の一つである風振動発電の立場から見直せば，電気エネルギを取り出すハーベスティング源として振幅が大きいフラッタ現象は魅力的である．そこで，空気力学と構造弾性力学の練成によって生じるフラッタを，自然エネルギ利用の一つである風振動発電の立場から有効活用する．本年度得られた主要な成果は以下の通りである.
１．前年度までに予備的に実施した数値シミュレーションを有効に活用するため，その予備計算の結果を多角的に考察した．考察の際には，エネルギ損失を小さくし発電能力を上げる新規アイディア考案を重要視した．具体的な解析視点は，スイッチング発電能力・外部信号のエラーやノイズに対するロバスト性・各素子のエネルギ損失・フラッタ・スイッチング発電器としての将来性や拡張性などである．
２．考察結果を生かして，多自由度のバネ・マスよりなる初期検討用の振動実験構造体を設計した．効果的な発電を目指すために，構造・圧電の練成特性を数値解析により把握した．連成特性を把握する際に，圧電電圧と圧電電荷を独立変数とした定式化をそれぞれ展開した．発電制御に於いてセンサやアクチュエータの設計を考慮した場合，多彩な独立変数の定式化が今後必須だからである．
３．シミュレーション解析結果と構造・圧電特性を踏まえ，スイッチング発電を実現する電気・電子素子回路を含めた発電システムを設計した．このシステムの設計に際して，多くの素子の特性を考慮した．定式化が難しい電気・電子素子の持つ非線形性にも着目した．
４．これまでの特性把握実験などを通して，上記設計に基づいて発電システムを考案した．
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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
発電システムの設計まで辿り着けているので，次年度から広範囲な研究が行うことが可能となっているから．フラッタへの深い理解も進んでいるので，大きな飛躍が見込まれるから．
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| Strategy for Future Research Activity |
１．多自由度の振動実験構造体を構築することで，構造・圧電の練成特性を把握する．
２．制御器と振動モード推定を行うオブザーバーのパラメータ決定の為に，実験を模擬する数値計算プログラムを自作する．このプログラムは，実験だけでは得られないパラメトリックスタディやシステム最適化に用いる．
３．製作したシステムを，圧電アクチュエータの電圧入力を模擬する電圧発生器に繋いで，高出力スイッチング発電が意図した通り動作することを確認し，電気系の各計測を行う．
４．圧電素子を取り付ける振動構造を製作する．製作したスイッチング発電システムを繋ぎ，フラッタ発生・発電実験系の装置が完成する．振動加振器などを有効に用いて，フラッタ・スイッチング発電システムが想定通り機能することを実験により実証する．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
研究計画通りに研究は進めながらも，研究を効率的に推進したため．
次年度使用額は，今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額であり，平成２６年度請求額とあわせ、次年度に計画している研究の遂行に使用する予定である．
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