無線センシングのための広帯域カオス振動発電デバイスの開発

无线传感宽带混沌振动发电装置的研制

基本信息

批准号：
14J01463
负责人：
佐藤孝洋
金额：
$ 0.77万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J01463/
关键词：
振動発電環境発電有限要素法

项目摘要

本研究では，無線センサを自律動作させるに足る電力を，微小振動源から回収するための電磁誘導型振動発電(以降では振動発電と記す)を開発することである。振動発電は，電磁誘導現象を利用し，微小な振動から数十μW～数mWの電力を取り出す環境発電デバイスである。振動発電は高いメンテナンスフリー性を持つため，RFID等の小電力で駆動する電子機器の電源に用いることで，それらをバッテリ交換なしで長期間使用可能にでき，様々な新システムの構築が可能になると期待される。振動発電の実用化に当たっては，発電効率の改善と、発電可能な動作帯域を拡大する必要がある。すなわち，発電量・帯域幅の大きな新たな構造のデバイスを開発することが必要である。広帯域・高出力な新たなデバイスを設計するため，コイル内に磁性体を埋めこんだ新たな構造を提案した。この構造により，磁性体と磁石の間に生じる非線形な電磁力を利用することで，デバイスの挙動に非線形性を付与できる。これにより，デバイスが非線形振動をするため，従来の線形デバイスに比べて動作帯域を拡大することができる。さらに，コイル内に磁性体があることで，コイルに鎖交する磁束量が増加し，発電量の増加も同時に期待できる。提案した構造の特性を有限要素法により解析したところ，帯域幅が広いこと，カオス振動が発生し，帯域幅が拡大することが示された。そこでデバイスを試作し，加振器で一定の振動を加え，周波数を変更して負荷に生じる電圧を測定した。その結果，提案した構造では，約40Hzから70Hzまで，生じる電圧がほぼ一定値となっており，広帯域化が実現できることが実験からも示された。

在这项研究中，将开发电磁振动发电（然后被描述为振动发电）的开发，以从小型振动源自动地收集无线传感器的功率。振动发电是一种环境发电设备，它使用电磁感应现象从小振动中去除几十兆瓦的电源。由于振动发电具有高维护的高维护，因此可以长时间使用它，而无需电池交换，通过将其用于由RFID等小功率驱动的电子设备的电源，并且可以构建各种新的新型系统。在实际使用振动发电的过程中，有必要提高发电效率并扩大可以产生发电的操作带。也就是说，有必要开发具有具有大量发电和带宽的新结构的设备。为了设计一个具有宽带宽度和高输出的新设备，提出了一个新结构，其中磁体被填充在线圈中。使用该结构，可以将磁体和磁铁之间产生的非线性电磁力应用于设备的行为。这使设备与常规线性设备相比可以扩大操作带宽，因为该设备是非线性振动。此外，线圈中的磁体的磁通量增加了链条中的磁通量，并且可以同时预期发电量增加。通过有限元方法分析了所提出的结构的分析，表明带宽很宽，发生了混乱振动，并扩展了带宽。因此，对设备进行了原型，添加了一定的振动，并用振动，更改频率，并测量了负载产生的电压。结果，提出的结构还表明，生成的电压几乎是恒定的，从约40Hz到70Hz，并且可以实现宽带。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Model order reduction for moving objects: fast simulation of vibration energy harvesters

DOI：
10.1108/compel-02-2015-0043
发表时间：
2015-09
期刊：
Compel-the International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering
影响因子：
0.7
作者：
Takahiro Sato;Yuki Sato;H. Igarashi
通讯作者：
Takahiro Sato;Yuki Sato;H. Igarashi

A Bistable Vibration Energy Harvester with Closed Magnetic Circuit

具有闭合磁路的双稳态振动能量收集器