| 研究課題/領域番号 |
20K04347
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
浅沼 春彦 金沢大学, フロンティア工学系, 助教 (10757298)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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| キーワード | 振動発電 / 非線形圧電性 / マルチスイッチ非線形回路 / 非線形回路 / 機械－電気結合 / マルチスイッチ / 非線形圧電効果 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、小型の振動発電素子向けの発電回路として、機械-電気結合の強化現象を活用するマルチスイッチ非線形回路を開発する。非線形の圧電方程式を基にした新たな機械-電気支配方程式の探究、マルチスイッチ非線形回路のスイッチの最適配置とその制御則の解明、低消費電力で駆動する回路の設計に取り組み、汎用的なフルブリッジダイオードを基本とした発電回路では困難であった高出力化と発電可能な周波数の広帯域化の両立を目指す。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、圧電型の振動発電素子の機械-電気特性を正確に再現する事が出来る新しい支配方程式を導き、機械-電気結合の強化現象を活用するマルチスイッチ非線形回路により、高出力・広帯域化を両立する高性能な振動発電素子の実現を目指した。強弾性ヒステリシスによる非線形圧電性を考慮した支配方程式が実験をよく再現する事を実証し，スイッチ非線形回路との連成解析を簡略化する手法を考案した。また、マルチスイッチ非線形回路のスイッチング回数と周波数特性の関係を明らかにし、高出力・広帯域化への可能性を確認した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
従来、線形の圧電方程式を基にした支配方程式が振動発電の機械-電気特性の理解に広く利用されていたが、加振水準が変動すると実験を再現しなかった。強弾性ヒステリシスによる非線形圧電性を考慮した新しい支配方程式により、振動発電の正確な性能予測が可能となった。また、一部のスイッチ非線形回路との連成解析は、変位の４次方程式で簡略化される事を実証した。新しい支配方程式とマルチスイッチ非線形回路により、従来技術では実現できない振動発電素子の高出力・広帯域化への可能性を確認した。この新しい解析モデルにより、IoT電源用途の振動発電の設計が容易になると考えられる。
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