2016 Fiscal Year Annual Research Report
High-efficient energy harvesting using system-theoretic modeling of smart materials
| Project/Area Number |
26420174
|
|---|
| Research Institution | Nagoya University |
|---|
Principal Investigator |
高木 賢太郎 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (60392007)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安積 欣志 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 無機機能材料研究部門, グループ長 (10184136)
井上 剛志 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70273258)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | スマート材料 / エナジーハーベスティング / イオン導電性高分子 / 誘電エラストマー / 電磁アクチュエータ |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では，高分子アクチュエータや圧電材料などのスマート材料と，電磁トランスデューサが対象である．
IPMC(Ionic Polymer-Metal Composite)について：IPMCのインピーダンスモデリングとエネルギー回生のために有効な駆動法，IPMCのセンサ機能の物理モデル化，IPMCの物理モデルの簡略化の３点に関して研究を行った．モデル化では新たに非構造的な動的な不確かさとして表すことを提案した．環境の湿度によって電圧発生応答が異なる現象が再現できる物理モデルについて共同で研究を行い，実験によって妥当性の検証をした．最終年度では得られた物理モデルをもとに，簡略化されたモデルの提案を行った．得られたモデルは，制御工学で標準的な形式である有限次元線形時不変系の状態方程式として表現され，精度良く簡便なシミュレーションが可能となった．
誘電エラストマーについて：McKayらによって従来提案されている発電回路に注目し，可変キャパシタとしてモデル化を行い，動作原理の解明と最適設計を行った．最終年度では，発電回路を用いた応用についても検討を行い，間欠的に温度を計測し無線送信が可能であることを実験により実証した．
圧電・電磁トランスデューサについて：電磁トランスデューサのパラメータ推定をセンサを用いずに行う方法を検討した．さらに，渦電流の影響を考慮することによって，実験で観察されるインピーダンスの周波数応答を説明しうる新しいモデルを構築した．また，エナジーハーベスティングの回路について解析を行った．さらに最終年度では，電磁トランスデューサと対になる圧電トランスデューサにおいても，発電された電力を用いて振動制御する手法（シャントダンピング）についての回路の検討を行った．
以上の成果は，それぞれ，国内外の学会発表ならびに学術雑誌に掲載された．
|
