| 研究課題/領域番号 |
21K03937
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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 | 九州大学 |
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研究代表者 |
井上 卓見 九州大学, 工学研究院, 教授 (40274485)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023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)
2023年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2022年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
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| キーワード | 自動同調 / 共振 / 振動発電 / 受動型制御 / 非線形振動 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
車両や人間の通行，機械の運転などにより不可避的に発生する振動を利用した振動発電はメンテナンスフリーであることが大きな特徴であり，機械装置やインフラ設備のモニタリングなどスマートシステムの個別電源としての利用が多い．一方で，振動発電は加振の振動数が振動体の固有振動数に一致する共振状態では高効率の発電が実現できるものの，加振振動数が固有振動数から離れるにつれ急激に発電効率が低下する．本研究では，加振振動数の変化に対して非常に簡単な機構で振動特性を変化させ，制御装置などを組み込むことなく自動的に共振状態に同調する振動機構を提案・実現し，高効率の振動発電に有効な装置の基本原理を確立する．
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| 研究成果の概要 |
振動発電では加振振動数と振動子の固有振動数が一致すると大きな振動（共振）が生じ高効率の発電が実現できる．申請者は，制御系を用いることなく加振振動数の変化に自動的に振動子の固有振動数が追従して変化し，常に大きな振動が生じる機構を考案した．本研究の目的は，この機構の動作原理を明らかにすることで，非常に簡単な構造で高効率の振動発電を実現する装置の基礎理論を確立することにある．具体的には，提案した装置の動きを説明する振動モデルを構築し，数値シミュレーションによって装置の動きを再現した．これによって，共振状態へ自動的に同調する基本原理を明らかにすることができ，実用化のための基礎的な知見を得た．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
インフラ設備のモニタリングなどスマートシステムの個別電源としての利用が多い振動発電は，加振振動数が振動子の固有振動数から離れると発電効率が低下する問題がある．振動子の固有振動数を加振振動数に追従して同調させることができれば常に高効率の発電を実現できるが，そのためには通常は能動制御が必要であり，装置の複雑化，高価格化は免れない．個別電源の条件として制御装置の付加は望ましくない．本研究で提案した装置は，能動制御を行わず非常に簡単な構造で加振振動数への共振振動数の同調が可能とし，コスト上昇をともなわずスマートシステムの性能向上に大きな役割を果たすものである．
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