| 研究課題/領域番号 |
22KK0054
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| 研究種目 |
国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分21:電気電子工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
鈴木 雄二 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (80222066)
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| 研究分担者 |
李 敏赫 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (80828426)
三好 智也 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任助教 (90809641)
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| 研究期間 (年度) |
2022-10-07 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
20,020千円 (直接経費: 15,400千円、間接経費: 4,620千円)
2024年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
2023年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2022年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
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| キーワード | 環境発電 / エレクトレット発電機 / 非線形電源管理回路 / SECE |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，対象とする回転型エレクトレット発電機が機械的特性と電気的特性に強いカップリングを持つことを利用し，電源管理回路側の電気的特性を動的に変化させることによって，様々な歩行状態の腕振り運動に対して直流端での発電出力を最大化するチューナブルな非線形電源管理回路の開発を目標とする．また，その際，ウエアラブルデバイスに組み込むためには低背である（回路の高さが低い）ことが極めて重要であり，トランスなどを用いない小型化に適したIC回路設計を目指す．
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| 研究実績の概要 |
本研究では，フランス・サヴォアモンブラン大学（USMB）のAdrien Badel教授との国際共同研究を通じて，エレクトレット発電に特化した新規性の高い非線形電源管理回路の開発を目的とする．特に，実際の腕振り運動を入力として，機械的特性と電気特性が強くカップリングする回転型エレクトレット発電機の高電圧交流出力を直流変換する電源管理回路に取り組み，装着者の体格や歩行速度によって変化する機械的入力に対応して動的に電気特性を変化させ，より大きな電力を得ることのできるチューナブルな非線形電源管理回路の開発を目標としている．
初年度は，まず，エレクトレット発電機に特化したSECE（Synchronized Electric Charge Extraction）回路をディスクリート素子を用いて試作し，電荷取りだし電極を制御回路用と電力回路用に分離した２相電極を用いて，通常のブリッジ整流回路に対して負荷電圧3 Vにて2.2倍のDC出力を得ることに成功した．また，外部からの加振力が弱いときに発電量の低下を防ぐため，電気的減衰力を弱めるためのSC-SECE回路の試作を行った．さらに，歩行時の腕振り運動だけでなく，日常動作の運動からもより大きな発電量を得るため，回転型エレクトレット発電機とSC-SECE回路を組み合わせた場合の電気機械モデルを構築し，シミュレーションにより電気的減衰力の適切な値について検討を行った．
2022年9月には，研究代表者がUSMBを１週間訪問して共同研究について議論し，SECE回路についての共著論文を書き上げた．また，博士課程学生が2022年9月から5ヶ月滞在して，発電機の出力電圧を高速フィードバックして電源管理回路を摸擬するための制御回路（dSpace）のプログラミング方法を習得し，さらにSC-SECE回路のIC化についても議論を行ってきた．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2022年9月に研究代表者がUSMBを１週間訪問した際に，日本から他大学の研究者も招いて日仏環境振動発電ワークショップを開催したほか，共著論文を国際ジャーナルに投稿した．また，博士学生が長期滞在することにより，初年度として良好な成果を得ることができた．
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| 今後の研究の推進方策 |
引き続き，USMBと相互に訪問をしながら密な共同研究を進め，ウエアラブルデバイスに用いる回転型エレクトレット発電機に特化した非線形電源管理回路の設計を進めるとともに，SC-SECE回路のIC化プロトタイプを試作する．2023年9月に研究代表者がUSMBを２週間程度訪問して，共同研究をさらに加速させる．
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