フレクソエレクトリック効果を用いた新しい複合振動発電素子の研究

利用挠曲电效应的新型复合振动发电元件研究

• 批准号: 21K03945
• 负责人: 辺見 信彦
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Shinshu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03945/
• 关键词: フレクソエレクトリック効果; 電気分極; 圧電材料; チタン酸ジルコン酸鉛; ねじり振動

2021年度から引き続き，方形断面の角柱構造のPZTセラミック材に対して，フレクソエレクトリック効果と圧電効果による電気分極の複合現象について調査した。比較的長尺の積層型圧電アクチュエータを2個用い，片端を固定した角柱素子の自由端側に並進動作と回転動作を与えた。前年度にはオープンループで操作していたため曲げとたわみの厳密な単一動作を与えることにはアクチュエータの駆動量に応じて1～3μ程度のヒステリシス量分の干渉動作が混在していた。本年度は，より詳細で干渉の無い独立したたわみとねじりを角柱素子に与えるために，アクチュエータの駆動にフィードバック制御系を構成し，たわみとねじりの単一動作及び複合動作の厳密化する制御器をアナログ回路とレーザ変位センサによるＰＩＤコントローラを自作し，駆動系のフィードバックコントロールシステムを実機により構築した。これにより素子に与えるたわみとねじりの独立駆動が可能となり，より詳細な検討を実施する体制を整えた。たわみとねじりの独立性を高めたことにより，前年度までに観察されたような，ねじり量を大きくしたときの波形の歪みの発生と，それによる分極出力電圧の低下傾向は解消した。結果として，ねじり変形のみの場合は，ねじりの方向によって出力の大きさが異なることが素子の特性によるものであったこと，曲げ変形のみの場合は比較的安定した出力が得られるが，曲げとねじりの複合変形の場合は，調査する素子によってややばらつきがあること，制御時のねじり方向の微振動が出力に影響するため，駆動系のフィードバック制御器の調整の重要性とが明らかとなり，最終年度に向けた検討項目が明らかになった。ねじり量の大きさによる非線形的ふるまいの原因調査の必要性も確認された。

从2021财年开始，我们研究了由于PZT陶瓷材料带有方形横截面的PZT陶瓷材料而引起的挠性效应和电化偏振的联合现象。使用两个相对较长的层压压电执行器在棱镜元件的自由端提供带有一端固定的自由端侧的翻译和旋转运动。由于该操作是在上一年在一个开放循环中进行的，因此将严格弯曲和挠度的单个操作与大约1至3μ的干扰操作混合，具体取决于执行器的驾驶量。在今年，为了为棱镜元素提供更详细的，无干扰的独立挠度和扭转，构建了一个反馈控制系统以驱动执行器，以及由模拟电路和激光位移传感器制造的PID控制器，以严格调节单个和组合的挠度和torsationals运动，以及一个driverations的运动，并使用了一个控制系统，使用了一个实用机器。这允许独立地驱动偏转和扭转元素，并建立了一个用于进行更详细检查的系统。通过增加偏转和扭转的独立性，如上一年所观察到的，当扭转量增加时，波形失真的发生，并且消除了极化输出电压的趋势。 As a result, in the case of torsional deformation alone, the magnitude of the output differed depending on the direction of torsional, and in the case of bending deformation alone, a relatively stable output is obtained, but in the case of a combined deformation of bending and torsional deformation, there is some variation depending on the element being investigated, and the small vibrations in the direction of torsional direction during control affect the output, revealing the importance of调整传动系统反馈控制器以及最后一年所考虑的项目已澄清。还证实，由于扭转力的幅度，需要研究非线性行为的原因。