2014 Fiscal Year Research-status Report
高効率振動エネルギー回生技術の開発とセルフパワードシステムへの展開
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26340098
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
橋本 誠司 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (30331987)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 再生可能エネルギー / 振動発電 / 多軸・多モード振動 / セルフパワードシステム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，再生可能エネルギーである振動エネルギーに対し，単一構造でも多軸・多モードにわたり効率的に発電可能なエネルギー回生装置の開発と，開発した装置のセルフパワードシステムへの実応用を目的としている。本目的に対し，今年度は特に振動エネルギー回生装置の製造に関する開発を中心とし，以下に述べる手法を構築した。
①多軸・多モードエネルギー回生装置の応力解析を実施し，発電デバイスへの機械的な入力エネルギーを最大化し，かつそのエネルギーを効率よく電気エネルギーとして取り出すことが可能な発電デバイス形状を考案した。また，考案した発電デバイスを製作（海外メーカへ特注依頼）し，（これまでの試作との）従来比で約10%の発電効率の改善が可能となることを確認した。
②開発する振動エネルギー回生装置に対し，多軸・多モードで加振可能な多軸・多モード振動試験装置を構築した。本装置では多軸のサーボモータを導入しているが，多軸・多モードを特徴とする自動車振動や産業機器の加速度振動に対し，ストロークや制御力の制限下でも実測した振動を広帯域（サブHzから百Hz）かつ高精度に再現できる制御手法を提案し，実験によりその有効性を検証した。
③また，次年度以降の研究課題となっている衝撃を利用した振動発電構造の考案，発電電力に対するパワーマネージメントシステム，地産地消型セルフパワードシステムへの応用に関する基礎実験も実施した。
以上の研究成果を，Journal論文（1編）ならびに国内外の学会（8件）にて発表した。
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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
当初目標として，振動発電デバイス単体での出力を100mWとしていたが，現状では数十mWの出力である。この出力改善のための解析・実験の過程で，衝撃を応用した発電方法，または曲げと衝撃のハイブリッド化により，出力の向上が可能であることを確認している。現在は基礎実験のレベルであるが，出力向上に対する見込み，そして新たな発見という観点から，研究進捗としてはおおむね順調に進展しているものと判断している。
また，環境保全やエネルギーの有効利用という社会的なニーズからその応用化が急がれているが，本研究でも平成28年度に予定しているセルフパワードシステムへの実応用についても既に基礎実験を進めており，実用化に向けた開発も推進中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度に目指していた発電出力の達成に向け，新たに製作した高出力化な発電デバイスを用いて多軸・多モード発電装置を構築する。同時に，さらなる高出力化が可能な衝撃構造を取り入れた発電装置についても検討していく。また，当初の予定通り，共振周波数への同調（発電デバイスの広帯域化）が可能な構造の実現について開発を進めるとともに，平成26年度に構築した多軸・多モード振動試験装置により，製作する振動エネルギー回生装置の実験解析とそれによる高効率化を目指していく。
提案する回生装置には脆性材料となる圧電デバイスが用いられるが，この高耐久化のために各種使用条件を考慮した疲労試験を実施し，強度特性評価を行う。この評価をもとにセルプパワードシステムへの実応用可能性を検討していく。
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| Causes of Carryover |
平成26年度の研究費は，消耗品の購入に関して特注品もあり予定との値段差が生じ，一部次年度に繰り越しを生じたが，ほぼ予定通りに使用している。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰り越した予算も加味して圧電デバイスの購入を予定するとともに，平成27年度は，提案構造の同調機構の導入や開発した振動試験装置による多軸応力試験など実験解析が主となってくるため，発電材料である圧電デバイスに加え，ひずみ計測装置や高速アナログ計測装置を計上している。
また，えられた研究成果をJournal論文として投稿するとともに（現在，2件投稿しMinor Revisionの評価中），国内外の関連学会において発表する予定である。
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[Journal Article] Shape Effect of Piezoelectric Energy Harvester on Vibration Power Generation2014
Author(s)
Amat A. Basari, Sosuke Awaji, Song Wang, Seiji Hashimoto, Shunji Kumagai, Kenji Suto, Hiroaki Okada, Hideki Okuno, Bunji Homm, Wei Jiang, Shuren Wang
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Journal Title
Journal of Power and Energy Engineering
Volume: 2
Pages: 117-124
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