医療・介護IoTデバイスのためのMEMS振動型エナジーハーベスタによる電力伝送

使用 MEMS 振动能量采集器进行医疗/护理物联网设备的电力传输

基本信息

批准号：
22K04897
负责人：
藤田孝之
金额：
$ 2.66万
依托单位：
University of Hyogo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04897/
关键词：
エナジーハーベスタ MEMS 電力伝送

项目摘要

外部からの与えられた交流磁界によって励振される振動型MEMSエナジーハーベスタの高性能化を図るものであるが，外部磁界による力の発生方向は，装着者（患者等）の姿勢に依存するため一義に規定できない。一方で振動型エナジーハーベスタは片持梁やバネ-マス振動機構を有する構造のため，励振加速度に対する発電方向を制限した設計が一般的である。このため本研究では，バネ構造の最適化により，無指向性の外部磁界によって単方向発電デバイスを動作させる無指向性振動型エナジーハーベスタを模索し，低周波磁界による励振をより高効率な高周波振動に変換する周波数アップコンバート機構の実装を目指す。本年度は，片持ち梁構造の圧電式エナジーハーベスタ（PZT薄膜10μm厚，１mm幅，3.3mm長の短冊が８直列の形状）の先端マスに4mm x 10mm x 2mmの直方体ネオジム磁石を固定し，外部から交流磁界で駆動するプロトタイプを作製した。駆動には空芯コイルを500mArmsを用い，伝送距離5cm，共振状態で100 マイクロW以上の電力伝送に成功した。開放電圧も3Vrms以上であり，十分に整流可能な範囲である。

通过外部给定的AC磁场激发的振动MEMS能量收割机的性能的目的，但是外部磁场产生的力的方向取决于佩戴者的姿势（患者等），并且不能专门指定。另一方面，振动型能量收割机具有悬臂和弹簧质量振动机制，因此设计限制发电方向相对于激发加速度的设计很常见。因此，在这项研究中，通过优化弹簧结构，我们将探索一种全向振动能量收割机，该收割机使用全向外部磁场运行单向发电设备，并旨在实施频率上流机制，该机制由频率上转换机制，该机制由由低频磁场引起的激发转换为更有效的高效高频振动。今年，制造了一个原型，该原型固定在悬臂压电能量收割机的尖端质量上（8串联的PZT薄膜条10μm厚，1mm宽和3.3毫米长），以创建一个由AC磁场从外部驱动的原型。空气芯线圈用于驾驶，使用500MARMS，并且在5厘米的传输距离和共振状态下成功地传输了100微米的电源。开路电压也为3VRM或更高，并且在可以充分纠正的范围内。