High-power broadband vibration energy harvesting by a low-loss nonlinear oscillator using diamagnetic levitation

利用反磁悬浮的低损耗非线性振荡器收集高功率宽带振动能量

基本信息

  • 批准号:
    21K03936
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.66万
  • 依托单位:
  • 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

项目摘要

本研究は,永久磁石を用いたコンパクトな非線形磁気ばね振動子に反磁性体による受動的磁気浮上技術を組み合わせることにより,大ストローク・極低損失の非線形磁気浮上磁気ばね振動子を開発,非線形振動子を用いた広帯域振動発電デバイスにおける高出力応答を保証するための大域的応答安定化制御のセルフパワード化を達成しようとするものである.2022年度は,(1)反磁性複合材料板による渦電流損失低減効果の実験的検証,(2)反磁性複合材料板を用いた角筒型および多角形筒型磁気浮上振動子の磁気浮上安定化のための有限要素法解析スキームによるパラメータスタディ,(3)広帯域非線形振動子の設計論の確立,(4)セルフパワード応答安定化制御の実験的検証を行った.まず(1)について,初年度に開発した反磁性複合材料板を用いた水平振動子を作成し,100以上のQ値を持つ振動子を実現した.(2)では,この反磁性複合材料板を管壁として用いた多角形筒に磁石を封入し,それを別の固定磁石により軸方向に浮上支持した磁気浮上振動子を安定化するための設計論を確立すべく網羅的なパラメータスタディを行った.しかし実用的に有用な40Hz-80Hz程度の共振帯域を持ち,管壁と非接触で浮上可能な振動子の設計を見出すことはできなかった.浮上振動子の固有振動数は,磁石および反磁性材料の形状と配置,磁石の密度と磁束密度,および反磁性材料の負の磁化率で決定されるが,材料物性から決まる固有振動数の上限値が存在するものと推察された.(3)では,実用的な広帯域ハーベスタの設計論として対称ハードニング振動子の設計論を確立した.さらに(4)では,初年度に行ったエネルギー収支解析と(3)の設計理論に基づき,小型のハードニング型ハーベスタを設計製作し,マイコンおよびスイッチング回路以外の電力を自己給電する応答安定化制御を実現し,連続動作が可能であることを示した.
This study は, permanent magnet を い た コ ン パ ク ト な nonlinear magnetic 気 ば ね vibrator に diamagnetic body に よ る by dynamic magnetic 気 float on technology group を み わ せ る こ と に よ り, big ス ト ロ ー ク, extremely low loss の nonlinear magnetic 気 float on magnetic 気 ば ね vibrator を 発, Nonlinear oscillator を with い た hiroo 帯 domain vibration 発 electric デ バ イ ス に お け る 応 answer を guarantee higher force す る た め の large domain 応 a stabilization system of imperial の セ ル フ パ ワ ー ド change を reached し よ う と す る も の で あ る. は, 2022 (1) the magnetic composite material plate に よ る low eddy current loss reduction unseen fruit の be 験 検 certificate, (2) the magnetic composite material plate を with い た Angle cylinder お よ び polygon cylinder type magnetic 気 floating on the vibrator の magnetic 気 float on stabilization の た め の finite element analytic ス キ ー ム に よ る パ ラ メ ー タ ス タ デ ィ, (3) The design theory of the linear vibrator in the domain is established. (4) the 検 certificate を of the experiment of stabilizing and manufacturing った. ま ず (1) に つ い て, early annual に open 発 し た を diamagnetism composite boards with い た horizontal vibration son を し consummate, on more than 100 の Q numerical を hold つ vibrator を be presently し た. (2) で は, こ の diamagnetism composite material plate を wall と し て in い た polygon cylinder に magnet を し, sealed そ れ を don't の fixed magnet に よ り axis に floating support し た magnetic 気 floating on the vibrator を stabilization す る た め の を design theory to establish す べ く snare of な パ ラ メ ー タ ス タ デ ィ を line っ た. し か し be used に useful な degree of 40 hz - 80 hz の resonance 帯 domain を ち to have, wall と non-contact で float on child の な vibration design を see す こ と は で き な か っ た. Floating on the vibrator の natural vibration は, magnet お よ び diamagnetic material の shape と configuration, magnet の と magnetic density beam density, お よ び diamagnetic material の negative の susceptibility で decided さ れ る が, material property か ら definitely ま る maximum number の natural vibration numerical が exist す る も の と push examine さ れ た. (3) で は, be use な hiroo 帯 domain ハ ー ベ ス タ の design と し て said seaborne ハ ー ド ニ ン グ vibrator の を design theory to establish し た. さ ら に (4) で は, line at the beginning of the annual に っ た エ ネ ル ギ ー 収 analytical と team (3) the design theory of の に base づ き, small の ハ ー ド ニ ン グ type ハ ー ベ ス タ を design し, マ イ コ ン お よ び ス イ ッ チ ン グ outside loop の power を oneself give electric す る 応 a stabilization system of imperial を be し now, even the 続 could easily が で あ る こ と を shown し た.

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Reduction of eddy current loss of diamagnetically-levitated resonators by dice-and-fill processing
通过切割和填充处理减少反磁悬浮谐振器的涡流损耗
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    鴻巣暁;舩戸徹郎;松木勇磨;酒井隆太郎;柳原大;Sota Kimura
  • 通讯作者:
    Sota Kimura
非線形広帯域振動エネルギーハーベスタのセルフパワード応答安定化条件
非线性宽带振动能量采集器的自供电响应稳定条件
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Guo Linshi;Zhao Wei;Guan Jingchao;Gomi Nobuyuki;Zhao Xilu;ホイールの変形を用いた路面摩擦係数の測定;増田 新
  • 通讯作者:
    増田 新
Analysis and design of power and bandwidth of nonlinear vibration energy harvesters with hardening restoring forces
  • DOI:
    10.1016/j.jsv.2023.117575
  • 发表时间:
    2023-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    A. Masuda
  • 通讯作者:
    A. Masuda
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  • 通讯作者:
    西村祐希,酒井悟
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  • 影响因子:
    0
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  • 通讯作者:
    増田 新
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  • DOI:
  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Tung Thanh Mac;射場 大輔;松下 悠介;三浦 奈々子;飯塚 高志;増田 新;曽根 彰;森脇 一郎
  • 通讯作者:
    森脇 一郎

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  • 批准号:
    RGPIN-2015-06353
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 2.66万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
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知道了