セルフパワード・ユビキタス制振の高度実現化に向けた研究

• 研究課題/領域番号: 23686125
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 航空宇宙工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 槙原 幹十朗 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60392817)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 15,340千円 (直接経費: 11,800千円、間接経費: 3,540千円); 2013年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2012年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2011年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
• キーワード: 環境技術 / 航空宇宙工学 / 環境対応 / 宇宙インフラ / 知能機械

研究概要

セルフパワード・ユビキタス振動制御システムの高度実現化に向けた研究開発を行った．外部電源を全く必要とせず，外部制御オーソリティを必要としない，自律系セルフパワード制振システムを発明した．デジタルプロセッサを用いているので，複雑な制御ロジックの実装を可能にしている．格段に柔軟性が高く，汎用性・拡張性に優れている．多入力・多出力の高度な制御システムにも対応可能である．セルフパワード制振実験で強制加振下に於いて劇的な変位振幅低減を実証することが出来た．各種実験に於いて，エネルギ損失の割合の詳細を調べた．

研究成果

• [雑誌論文] Self-Reliant Vibration-Powered Generator for Wireless Health Monitoring Based on a Tuned-Mass-Damper Mechanism (2014)
  • 著者名/発表者名: Makihara, K., Hirai, H., Yamamoto, Y., and Fukunaga, H
  • 雑誌名: International Journal of Smart Structures and Systems 巻: (in press) 号: 2 ページ: 327-344
  • DOI: 10.1016/j.jsv.2013.09.017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-Reliant Wireless Health Monitoring based on Tuned-Mass-Damper Mechanism (2014)
  • 著者名/発表者名: Kanjuro Makihara, Hidekazu Hirai, and Hisao Fukunaga
  • 雑誌名: Smart Structures and Systems 巻: 掲載確定
  • 査読あり
• [雑誌論文] 過渡応答に対する完全セルフパワード・デジタル振動制御システムの特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: Takezawa, A., Makihara, K., Kogiso, N., and Kitamura, M
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集Ｃ編 巻: 79 号: 808 ページ: 5015-5018
  • DOI: 10.1299/kikaic.79.5015
  • NAID: 130003386552
  • ISSN: 0387-5024, 1884-8354
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mamdani 推論法に基づく複数モード振動のロバスト制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山本雄大,鈴木孝宜,槙原幹十朗
  • 雑誌名: 知能と情報 巻: 25 号: 3 ページ: 730-739
  • DOI: 10.3156/jsoft.25.730
  • NAID: 130003368222
  • ISSN: 1347-7986, 1881-7203
  • 査読あり
• [雑誌論文] 過渡応答における構造・電気連成系の位相遷移に着目した連成統合制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 槙原幹十朗,黒石千香子,福永久雄
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集Ｃ編 巻: 79 号: 801 ページ: 1616-1627
  • DOI: 10.1299/kikaic.79.1616
  • NAID: 130003375045
  • ISSN: 0387-5024, 1884-8354
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adaptive Multimaodal Vibration Suppression Using Fuzzy-based Control with Limited Structural Data (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Makihara, C. Kuroishi and H. Fukunaga
  • 雑誌名: Smart Materials and Structures 巻: 22 号: 7 ページ: 1616-1627
  • DOI: 10.1088/0964-1726/22/7/075031
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energy-Harvesting Using an Analog Circuit under Multimodal Vibration (2013)
  • 著者名/発表者名: Shimose, S., Makihara, K., and Onoda, J
  • 雑誌名: Smart Materials Research 巻: Vol. 2013(Article No. 736487) ページ: 1-6
  • DOI: 10.1155/2013/736487
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a Self-Powered Digital System for Vibration Control (2012)
  • 著者名/発表者名: Makihara, K., Shimose, S., Takeuchi, S
  • 雑誌名: Journal of System Design and Dynamics 巻: 6 号: 5 ページ: 583-596
  • DOI: 10.1299/jsdd.6.583
  • NAID: 130003368493
  • ISSN: 1881-3046
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energy-Efficiency Enhancement and Displacement-Offset Elimination for Hybrid Vibration Control (2012)
  • 著者名/発表者名: Makihara, K
  • 雑誌名: International Journal of Smart Structures and Systems 巻: Vol. 10, No. 3 号: 3 ページ: 193-207
  • DOI: 10.12989/sss.2012.10.3.193
  • 査読あり
• [雑誌論文] Innovative Digital Self-Powered Autonomous System for Multimodal Vibration Suppression (2012)
  • 著者名/発表者名: Makihara, K., Takeuchi, S., Shimose, S., and Onoda, J
  • 雑誌名: AIAA Journal 巻: Vol. 50, No. 9 号: 9 ページ: 2004-2011
  • DOI: 10.2514/1.j051560
  • 査読あり
• [雑誌論文] Supersonic Flutter Utilization for Effective Energy Harvesting Based on Piezoelectric Switching Control (2012)
  • 著者名/発表者名: Makihara, K., and Shimose, S
  • 雑誌名: Smart Materials Research 巻: Vol. 2012(Article No. 181645) ページ: 1-10
  • DOI: 10.1155/2012/181645
  • 査読あり
• [雑誌論文] 完全セルフパワード・デジタル振動制御システムの開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 槙原幹十朗,下瀬滋,竹内伸介,小野田淳次郎
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集Ｃ編 巻: 78 号: 789 ページ: 1440-1450
  • DOI: 10.1299/kikaic.78.1440
  • NAID: 130002051406
  • ISSN: 0387-5024, 1884-8354
  • 査読あり
• [雑誌論文] Portable Power Scavenging from Structural Vibrations using Autonomous Self-Powered Device (2012)
  • 著者名/発表者名: Makihara, K., Takeuchi, S., Shimose, S., and Onoda, J
  • 雑誌名: TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN 巻: 10 号: ists28 ページ: Pc_13-Pc_18
  • DOI: 10.2322/tastj.10.Pc_13
  • NAID: 130002137114
  • ISSN: 1884-0485
  • 査読あり
• [雑誌論文] 超高速翼フラッタを用いた圧電スイッチングによる環境発電機構 (2012)
  • 著者名/発表者名: 槙原幹十朗,下瀬滋,小野田淳次郎
  • 雑誌名: 日本風工学会論文集 巻: 37 号: 2 ページ: 35-42
  • DOI: 10.5359/jwe.37.35
  • NAID: 10030705545
  • ISSN: 1349-340X, 1349-3507
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrically-Induced Actuation for Open-Loop Control to Cancel Self-Excitation Vibration (2012)
  • 著者名/発表者名: Makihara, K., and Ecker, H
  • 雑誌名: International Journal of Smart Structures and Systems 巻: Vol. 9, No. 2 号: 2 ページ: 189-206
  • DOI: 10.12989/sss.2012.9.2.189
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison of Analog and Digital Self-Powered Systems in Multimodal Vibration Suppression (2012)
  • 著者名/発表者名: Shimose, S., Makihara, K., and Onoda, J
  • 雑誌名: Smart Materials Research 巻: Vol. 2012(Article No. 287128) ページ: 1-9
  • DOI: 10.1155/2012/287128
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reliable and Evolvable Vibration Suppression by Self-Powered Digital Vibration Contro (2012)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi, S., Makihara, K., and Onoda, J
  • 雑誌名: Transactions of ASME, Journal of Vibration and Acoustics 巻: Vol. 134, No. 2(Article No. 024502) 号: 2
  • DOI: 10.1115/1.4005027
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrically-Induced Actuation for Open-Loop Control to Cancel Self-Excitation Vibration (2012)
  • 著者名/発表者名: Makihara, K., and Ecker, H.
  • 雑誌名: International Journal of Smart Structures and Systems 巻: 9 ページ: 189-206
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energy-Efficiency Enhancement and Displacement-Offset Elimination for Hybrid Vibration Control (2012)
  • 著者名/発表者名: Makihara, K.
  • 雑誌名: International Journal of Smart Structures and Systems 巻: 10 ページ: 193-207
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reliable and Evolvable Vibration Suppression by Self-Powered Digital Vibration Control (2012)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi, S., Makihara, K., Onoda, J.
  • 雑誌名: Transactions of ASME, Journal of Vibration and Acoustics 巻: 134
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison of Analog and Digital Self-Powered Systems in Multimodal Vibration Suppression (2012)
  • 著者名/発表者名: Shimose, S., Makihara, K., Onoda, J.
  • 雑誌名: Smart Materials Research 巻: 2012
  • 査読あり
• [雑誌論文] 超高速翼フラッタを用いた圧電スッチングによる環境発電機構 (2012)
  • 著者名/発表者名: 槙原幹十朗, 下瀬滋, 小野田淳次郎
  • 雑誌名: 日本風工学会論文集 巻: (未定)(印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Supersonic Flutter Utilization for Effective Energy Harvesting Based on Piezoelectric Switching Control (2012)
  • 著者名/発表者名: Makihara, K., Shimose, S.
  • 雑誌名: Smart Materials Research 巻: (未定)(印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Innovative Digital Self-Powered Autonomous System for Multimodal Vibration Suppression (2012)
  • 著者名/発表者名: Makihara, K., Takeuchi, S., Shimose, S., Onoda, J.
  • 雑誌名: AIAA Journal 巻: (未定)(印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Assessment of Electrical Influence of Multiple Piezoelectric Transducers' Connection on Actual Satellite Vibration Suppression (2011)
  • 著者名/発表者名: Shimose, S., Makihara, K., Minesugi K., and Onoda, J
  • 雑誌名: Smart Materials Research 巻: Vol. 2011(Article No. 686289) ページ: 1-8
  • DOI: 10.1155/2011/686289
  • 査読あり
• [学会発表] グラフ解析法に基づく自家発電型ハーベスタの性能解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 重田大輔,山本雄大,槙原幹十朗
  • 学会等名: 日本航空宇宙学会北部支部2014年講演会
  • 発表場所: 宮城
  • 年月日: 2014-03-10
• [学会発表] Smart Energy Harvester using Digitally Autonomous Device (2013)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, Y., and Makihara, K
  • 学会等名: 10th International Conference on Flow Dynamics
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2013-11-25
• [学会発表] Digital Energy Harvester for Random or Multimodal Structural Vibrations (2013)
  • 著者名/発表者名: Makihara, K., and Yamamoto, Y
  • 学会等名: Adaptive Structures and Intelligent Systems
  • 発表場所: Snowbird, USA
  • 年月日: 2013-09-15
• [学会発表] Wireless Vibration Monitoring using Harvested Energy via Self-powered System (2013)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, Y., Suzuki, T., Shigeta, D., and Makihara, K
  • 学会等名: 29th International Symposium on Space Technology and Science
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2013-06-02
• [学会発表] Wireless Sensors and Communication by Energy Harvesting in a Spacecraft (2013)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki, S., Yoshida, S., Kobayashi, Y., Makihara, K., and Nishikawa, K
  • 学会等名: IEEE 2013 International Microwave Symposium
  • 発表場所: Seattle, USA
  • 年月日: 2013-03-08
• [学会発表] Smart Energy Harvester using Digitally Autonomous Device (2013)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, Y., and Makihara, K.
  • 学会等名: Tenth International Conference on Flow Dynamics
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
• [学会発表] Digital Energy Harvester for Random or Multimodal Structural Vibrations (2013)
  • 著者名/発表者名: Makihara, K., and Yamamoto, Y.
  • 学会等名: ASME 2013 Conference on Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems
  • 発表場所: Snowbird, USA
• [学会発表] Wireless Vibration Monitoring using Harvested Energy via Self-powered System (2013)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, Y., Suzuki, T., Shigeta, D., and Makihara, K.
  • 学会等名: Twenty Ninth International Symposium on Space Technology and Science
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
• [学会発表] 圧電素子を用いた振動体における自律型エネルギハーベスタの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山本雄大, 重田大輔, 鈴木孝宜, 槙原幹十朗
  • 学会等名: 日本機械学会東北支部第48期総会講演会
  • 発表場所: 宮城
• [学会発表] An Optimization Methodology for Semi-Active Control Systems of Large Space Truss Structures (2012)
  • 著者名/発表者名: Takezawa, A., Makihara, K., Kogiso, N., and Kitamura, M
  • 学会等名: 2nd International Conference on Computational Design in Engineering
  • 発表場所: Juju, Korea
  • 年月日: 2012-11-13
• [学会発表] Fuzzy-Based Adaptive Multi-modal Vibration Control with Imperfect Structural Data (2012)
  • 著者名/発表者名: Makihara, K., Kuroishi, C., and Fukunaga, H
  • 学会等名: 63rd International Aeronautical Congress
  • 発表場所: Naples, Italy
  • 年月日: 2012-10-03
• [学会発表] Enhancement of Energy-Harvesting from Random Vibration by Switched Shunt Circuit (2012)
  • 著者名/発表者名: Shimose, S., Onoda, J., and Makihara, K
  • 学会等名: 63rd International Aeronautical Congress
  • 発表場所: Naples, Italy
  • 年月日: 2012-10-02
• [学会発表] Eco-Generation of Energy from Flutter Based on Energy-Recycling Mechanism (2012)
  • 著者名/発表者名: Makihara, K
  • 学会等名: 7th International Colloquium on Bluff Body Aerodynamics and Applications
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 2012-09-05
• [学会発表] Layout Optimization of Piezoelectric Actuator for Energy-Recycling Semi-Active Vibration Control System (2012)
  • 著者名/発表者名: Takezawa, A., Makihara, K., Kogiso, N., and Kitamura, M
  • 学会等名: 7th China-Japan-Korea Joint Symposium on Optimization of Structural and Mechanical Systems
  • 発表場所: Huangshan, China
  • 年月日: 2012-06-18
• [学会発表] Layout Optimization of Piezoelectric Actuator for Energy-Recycling Semi-Active Vibration Control System (2012)
  • 著者名/発表者名: Takezawa, A., Makihara, K., Kogiso, N., and Kitamura, M.
  • 学会等名: 7th China-Japan-Korea Joint Symposium on Optimization of Structural and Mechanical Systems
  • 発表場所: 黄山，中国
• [学会発表] Eco-Generation of Energy from Flutter Based on Energy-Recycling Mechanism (2012)
  • 著者名/発表者名: Makihara, K.
  • 学会等名: 7th International Colloquium on Bluff Body Aerodynamics and Applications
  • 発表場所: 上海, 中国
• [学会発表] Fuzzy-Based Adaptive Multi-modal Vibration Control with Imperfect Structural Data (2012)
  • 著者名/発表者名: Makihara, K., Kuroishi, C., and Fukunaga, H.
  • 学会等名: 63rd International Aeronautical Congress
  • 発表場所: ナポリ, イタリア
• [学会発表] Enhancement of Energy-Harvesting from Random Vibration by Switched Shunt Circuit (2012)
  • 著者名/発表者名: Shimose, S., Onoda, J., and Makihara, K.
  • 学会等名: 63rd International Aeronautical Congress
  • 発表場所: ナポリ, イタリア
• [学会発表] An Optimization Methodology for Semi-Active Control Systems of Large Space Truss Structures (2012)
  • 著者名/発表者名: Takezawa, A., Makihara, K., Kogiso, N., and Kitamura, M.
  • 学会等名: 2nd International Conference on Computational Design in Engineering
  • 発表場所: チェジュ, 韓国
• [学会発表] セルフパワード型デジタル制振ユニットに関する研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 槙原幹十朗, 鈴木孝宜, 山本雄大, 下瀬滋, 小野田淳次郎
  • 学会等名: 第54回構造強度に関する講演会
  • 発表場所: 熊本
• [学会発表] 非定常調和励振に於ける位相シフトを考慮した能動受動統合制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 槙原幹十朗
  • 学会等名: Dynamics and Design Conference 2012
  • 発表場所: 横浜
• [学会発表] 自家発電型オブザーバによる振動制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木孝宜, 山本雄大, 槙原幹十朗
  • 学会等名: 55回自動制御連合講演会
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] Self-Charging and Self-Directive Vibration Control Unit with Digital Microprocessor (2011)
  • 著者名/発表者名: Makihara, K., Takeuchi, S., Shimose, S., and Onoda, J
  • 学会等名: 14th Asia Pacific Vibration Conference
  • 発表場所: Hong Kong, China
  • 年月日: 2011-12-07
• [学会発表] Self-Charging and Self-Directive Vibration Control Unit with Digital Microprocessor (2011)
  • 著者名/発表者名: Makihara K., Takeuchi, S., Shimose, S., Onoda J
  • 学会等名: 14th Asia Pacific Vibration Conference
  • 発表場所: 香港,中国
  • 年月日: 2011-12-07
• [学会発表] Control of Multi Modal Structural Vibration Using Digital Self-Powered Device (2011)
  • 著者名/発表者名: Shimose, S., Makihara, K., Onoda J., and Takeuchi, S
  • 学会等名: 62nd International Aeronautical Congress
  • 発表場所: Cape Town, South Africa
  • 年月日: 2011-10-05
• [学会発表] Control of Multi Modal Structural Vibration Using Digital Self-Powered Device (2011)
  • 著者名/発表者名: Shimose, S., Makihara K., Onoda J., Takeuchi, S.
  • 学会等名: 62nd International Aeronautical Congress
  • 発表場所: ケープタウン,南アフリカ
  • 年月日: 2011-10-05
• [学会発表] 完全セルフパワード・デジタル振動制御システムの開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 槙原幹十朗, 下瀬滋, 竹内伸介, 小野田淳次郎
  • 学会等名: Dynamics and Design Conference 2011
  • 発表場所: 高知
  • 年月日: 2011-09-05
• [学会発表] エネルギハーベスティングにおけるインピーダンスマッチング手法による回収エネルギの比較 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平井秀和, 福永久雄, 槙原幹十朗
  • 学会等名: 第53回構造強度に関する講演会
  • 発表場所: 秋田
  • 年月日: 2011-07-29
• [学会発表] CFRP積層平板を対象としたセミアクティブ複数モード制振の制御手法による制振効果とロバスト性の検証 (2011)
  • 著者名/発表者名: 黒石千香子, 福永久雄, 槙原幹十朗
  • 学会等名: 第53回構造強度に関する講演会
  • 発表場所: 秋田
  • 年月日: 2011-07-28
• [学会発表] Autonomous Power Scavenging from Structural Vibration using Self-Powered Device (2011)
  • 著者名/発表者名: Makihara K., Takeuchi, S., Shimose, S., Onoda J
  • 学会等名: 24th International Symposium on Space Technology and Science
  • 発表場所: 沖縄
  • 年月日: 2011-06-10
• [備考] 東北大学大学院工学研究科航空宇宙工学専攻福永・槙原研究室ホームページ
  • URL: http://www.ssl.mech.tohoku.ac.jp/www-j/index-j.htm
• [産業財産権] 断続的電圧反転による効果的な振動発電 (2013)
  • 発明者名: 槙原幹十朗,坂口仁志,堀口睦弘
  • 権利者名: 槙原幹十朗,坂口仁志,堀口睦弘
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-168141
  • 出願年月日: 2013-08-13
  • 外国
• [産業財産権] 断続的電圧反転による効果的な振動発電 (2013)
  • 発明者名: 槙原幹十朗，坂口仁志，堀口睦弘
  • 権利者名: 槙原幹十朗，坂口仁志，堀口睦弘
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-168141
  • 出願年月日: 2013-08-13