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年开始，我们研究了具有方形截面的方柱结构的PZT陶瓷材料由于挠曲电效应和压电效应而产生的电极化复合现象。使用两个相对较长的层压压电致动器将平移和旋转运动传递到一端固定的棱柱元件的自由端。去年，我们在开环中运行，因此提供严格的弯曲和偏转单一运动涉及滞后量约为 1 至 3 μ 的干涉运动，具体取决于执行器驱动量。今年，为了提供更详细和独立的偏转和扭转而不干扰棱柱元件，​​我们将为执行器驱动配置反馈控制系统，并开发一个控制器，以收紧我们创建的偏转和扭转的单一和组合运动。采用模拟电路和激光位移传感器的PID控制器，并使用实机构建了驱动系统的反馈控制系统。这使得独立驱动施加于元件的偏转和扭转成为可能，并建立了一个用于进行更详细研究的系统。通过提高偏转和扭曲的独立性，消除了去年为止观察到的当扭曲量增加时出现的波形失真以及由此导致的极化输出电压下降的趋势。结果发现，在仅扭转变形的情况下，由于元件的特性，输出的大小根据扭转方向而不同，而在仅弯曲变形的情况下，输出的大小相对稳定。但在复杂扭转变形的情况下，根据所研究的元件的不同，存在一些变化，并且控制过程中扭转方向的细微振动会影响输出，因此调整反馈很重要驱动系统的控制器已经公布了本财年要考虑的项目。还证实有必要研究由于扭曲量而导致非线性行为的原因。