Tunable Nonlinear Power Management Circuit for Wearable Electret Generator

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本研究では，フランス・サヴォアモンブラン大学（USMB）のAdrien Badel教授との国際共同研究を通じて，エレクトレット発電に特化した新規性の高い非線形電源管理回路の開発を目的とする．特に，実際の腕振り運動を入力として，機械的特性と電気特性が強くカップリングする回転型エレクトレット発電機の高電圧交流出力を直流変換する電源管理回路に取り組み，装着者の体格や歩行速度によって変化する機械的入力に対応して動的に電気特性を変化させ，より大きな電力を得ることのできるチューナブルな非線形電源管理回路の開発を目標としている．初年度は，まず，エレクトレット発電機に特化したSECE（Synchronized Electric Charge Extraction）回路をディスクリート素子を用いて試作し，電荷取りだし電極を制御回路用と電力回路用に分離した２相電極を用いて，通常のブリッジ整流回路に対して負荷電圧3 Vにて2.2倍のDC出力を得ることに成功した．また，外部からの加振力が弱いときに発電量の低下を防ぐため，電気的減衰力を弱めるためのSC-SECE回路の試作を行った．さらに，歩行時の腕振り運動だけでなく，日常動作の運動からもより大きな発電量を得るため，回転型エレクトレット発電機とSC-SECE回路を組み合わせた場合の電気機械モデルを構築し，シミュレーションにより電気的減衰力の適切な値について検討を行った．2022年9月には，研究代表者がUSMBを１週間訪問して共同研究について議論し，SECE回路についての共著論文を書き上げた．また，博士課程学生が2022年9月から5ヶ月滞在して，発電機の出力電圧を高速フィードバックして電源管理回路を摸擬するための制御回路（dSpace）のプログラミング方法を習得し，さらにSC-SECE回路のIC化についても議論を行ってきた．