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

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。

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。