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2013 年度 実績報告書

衝突自励振動系による広帯域・高出力な環境振動発電

研究課題

研究課題/領域番号 24656157
研究機関京都工芸繊維大学

研究代表者

増田 新  京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 准教授 (90252543)

キーワードエナジーハーベスティング / 振動発電 / 非線形振動 / 引き込み / 双安定
研究概要

本研究は,ハードニング特性を有する振動子に機電変換器を組み込み自励発振制御を行うことにより,広帯域で高出力を発揮することのできる新しい振動発電デバイスを実現するものである.研究期間全体を通じて実施した研究の成果を以下にまとめる:
(1)ハードニング振動系に負荷切替回路を接続した自励振動系について二種類の負荷切替則を適用した場合の求解を平均法および数値解析によって行い,加振振動数,加振振幅としきい値に対する高エネルギ解の大域的安定性の依存性について解析した.その結果,大域的引き込みが生じる条件は平均法解析によって得られるものより厳しく,しきい値の適応的制御が必要であることが示唆された.
(2)負荷切替による自励発振回路の開発を行い,電磁型のハードニング振動子に適用して,自励発振による高エネルギ応答への引き込み制御の効果を実験的に評価した.また,位相縮約理論による引き込み解析および数値解析を併用してより効率的な引き込み方法の検討を継続し,状態量に応じて正負の抵抗値をきめ細かく切り替える新しい制御アルゴリズムを提案した.
(3)片持ちはり振動子の両側にストッパを設置することによってハードニング特性を付与した衝突振動子に,振動子のポテンシャル形状の整形の自由度を拡大するために永久磁石を追加して双安定化を行った.正弦波掃引による応答解析および実験によってポテンシャル形状と発電性能の関係の整理と物理的考察を行い,高エネルギ解の広帯域化の観点から最適なポテンシャル形状を導いた.外乱作用下における高出力応答の維持のためには上述の引き込み制御の適用が必要であり,継続して検討中である.
(4)(3)で述べた双安定ポテンシャルの利用をさらに展開して永久磁石によるプラッキングの利用を検討し,回路切替技術の併用によって低周波入力に対するエネルギ変換効率を大幅に拡大できる見通しを示した.

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] A piezoelectric regenerative damper for low-frequency application2014

    • 著者名/発表者名
      A. Masuda, Y. Hiraki, K. Yamane and A. Sone
    • 雑誌名

      Proceedings of the ASME 2014 Pressure Vessels & Piping Conference

      巻: PVP2014-28856 ページ: 1-6

    • 査読あり
  • [学会発表] スマート構造技術を用いた小型海洋波発電装置 ー 圧電材料を用いた低周波用発電デバイスの設計2013

    • 著者名/発表者名
      増田 新
    • 学会等名
      第23回日本MRS年次大会
    • 発表場所
      横浜市
    • 年月日
      20131209-20131211
  • [学会発表] スマート構造技術を用いた小型海洋波発電装置 ー 設計方針と発電量の検討2013

    • 著者名/発表者名
      平木 康裕, 増田 新
    • 学会等名
      日本機械学会2013年度年次大会
    • 発表場所
      岡山市
    • 年月日
      20130908-20130911
  • [学会発表] Duffing型双安定振動子を用いた非線形振動発電の研究2013

    • 著者名/発表者名
      増田 新, 山根 光希
    • 学会等名
      日本機械学会Dynamics and Design Conference 2013
    • 発表場所
      福岡市
    • 年月日
      20130826-20130830
  • [学会発表] 自励発振特性を付与したDuffing型振動子による非線形振動発電装置の引き込み特性の解析2013

    • 著者名/発表者名
      道下 淳, 増田 新
    • 学会等名
      日本機械学会 第13回運動と振動の制御シンポジウム
    • 発表場所
      福岡市
    • 年月日
      20130826-20130830

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公開日: 2015-05-28  

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