2017 Fiscal Year Annual Research Report
Optimal Design and Real-Time Optimization of Vibrational Power Generation System Enabling Long-Life Bio-Logging
Publicly Offered Research
| Project Area | Systems Science of Bio-navigation |
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| Project/Area Number |
17H05974
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
山本 茂 金沢大学, フロンティア工学系, 教授 (70220465)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 制御工学 / 振動発電 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
振動発電をバイオロギングに利用する際の困難さをシステム制御工学のアプローチで解決して，長寿命バイオロギングを可能とする革新的振動発電システムとその設計法を確立することを目的とする課題である．
まず，振動発電システムのインピーダンスを極値探索制御によって動的に変化させて発電効率を向上させる手法の有効性を簡易モデルを用いた数値シミュレーションによって検証した．特に，機械的インピーダンスと負荷側の電気的インピーダンスを極値探索制御で実時間調整し発電効率が改善できることを確認した．
さらに，複数の周波数成分を有しその周波数が時間変動する合成正弦波加振や歩行による加振波での出力電力量を増加させる手段としての極値探索制御の有効性を数値シミュレーションによって検証した．
電気的インピーダンスの調整はDC-DCコンバータのデューティ比によるものと可変キャパシタによるものがあり，双方を試した結果，可変キャパシタを調整することによって電気エネルギーへの変換効率を改善する方法で研究を進めることとした．特に，加振周波数，キャパシタ容量，および整流器のキャパシタに蓄えられる電荷の関係を調べ，整流器のキャパシタに蓄えられる電荷を増加させる手段として，極値探索制御が有効であることを数値シミュレーションによって検証した．単一加振周波数での振動発電システムの出力電圧最大化を可変キャパシタの極値探索制御による調整で実現できることを数値シミュレーションで示した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
平成29年8月までに事前準備、振動発電の計算機シミュレーションを行い、平成30年3月までに、機材設計、振動発電装置作成、発電実験開始、結果解析、研究成果取りまとめを行う予定であった。
平成29年7月、振動発電の計算機シミュレーションを繰り返したところ、当初の想定に反し、発電の効率が見込めず、実時間最適化手法や振動発電システムの修正が必要となった。加えて、振動の実データを用いた電力最大化の検証や電力変換方法の検討を追加して繰り返し行う必要や発電システムの構成法の再検討も必要となった。このため、研究計画に大幅な遅れが生じた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに振動発電の理論解析を行って，発電の効率を改善する実時間最適化手法や電力変換方法の検討を繰り返し行なった．今後は平成30年度に計算機シミュレーションで良好な結果を得た方式で実験装置を作成し，実振動での電力最大化の検証を行う．
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Research Products
(5 results)
