| 研究課題/領域番号 |
26289073
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
上野 敏幸 金沢大学, 電子情報学系, 准教授 (30338256)
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| 研究分担者 |
山田 外史 金沢大学, 学内共同利用施設等, 研究員 (80019786)
小松崎 俊彦 金沢大学, 機械工学系, 准教授 (80293372)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 振動発電 / 磁歪材料 / 無線センサシステム / 広周波数帯域化 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、振動発電でデバイスの動作周波数の広帯域化とその応用に関して研究を行っている。今年度は以下の内容を行った。
共振周波数の電気的な制御について、デバイスに繋ぐキャパシタの容量を変化させることで、共振周波数が8～10%程度変化することを実証し、またこの幅を向上させるデバイスの設計指針を得た。また発電デバイスと、その発生電圧の周波数を検出する回路、複数のキャパシタ（制御用）と半導体スイッチ、蓄電キャパシタ、マイコンを組み合わせたシステムを試作し、振動周波数が変化したときに、これとデバイスの共振周波数を一致させるようキャパシタを切り替えることで、蓄電キャパシタの蓄電エネルギーを大きくすることができることを実験で実証した。
永久磁石の非線形の磁気力を利用した広帯域化について、発電デバイスにバネ定数を低下させるよう振動板を取り付けることで、復元力より磁気力が影響が相対的に大きくなり、結果、共振ピークが斜めになる効果が増大することが試作実験により確認された。また磁石にヨークを取り付けることで、磁気力の大きくなり、非線形効果が増加することが試作実験により示唆された。
構造物に貼り付けるデバイス（振動源と一体で変形して発電する）においては、FEMによる磁場解析と試作実験により、磁束変化（発生電力）を大きくする構成を確立した。
また発電デバイスと電力変換回路（整流・蓄電）、DC-DCコンバータ、市販の無線モジュールを組み合わせた電池のいらない無線センサシステムを作製し、振動を電源に2,3秒おきにセンサ信号を送信できることを確認した。
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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
共振周波数の制御、永久磁石の磁気力の利用、貼り付け型デバイスなど、当初予想した広周波数帯域の原理を実験により実証し、これを向上するおおよその指針を得た。また市販のモジュールを利用した無線センサシステムを試作したことで、その実用化の技術モデルも確立した。
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| 今後の研究の推進方策 |
共振周波数の広帯域化については、コイルの巻き数の制約が小さい新規デバイス構造（力係数の向上が可能）を採用することで、その効果を増加させる。
磁石の利用においては、磁極形状による半値幅の向上を図る。
貼り付け型においては、発生電力を向上させるデバイス設計、この試作実験を行う。
以上で振動源の周波数が変化した場合も実用的な発電を来ない、これを電源に動作する無線センサシステムを試作し、その効果を実演する。
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