ピエゾ電気2重層を用いた静電誘導型の振動発電

利用压电双层的静电感应式振动发电

基本信息

  • 批准号:
    13J04346
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.54万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2013 至 2014
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

本年度は、前年度に開発したピエゾ電気2重層エレクトレットを用いて小型の静電誘導型の振動発電素子を作製し、実環境中の微振動(200 Hz、1G 以下)からセンサーノードの駆動に必要とされる発電密度~10 μW/㎤を得ることを目的に、以下の2点に取り組んだ。1. 高い機械信頼性と精密加工に優れる振動子の作製目標値の達成には、環境中の微振動から0.1-1mmの変位を起こす振動構造体、また、精密加工に優れ上述の変位下で破損しない堅牢な材料が求められる。従来のシリコン材は精密加工に優れるが、上述の変位下での機械信頼性に難点がある。そこで本研究では、堅牢かつ精密加工が適用可能な材料として「微結晶粒ステンレス(SUS)箔」材に着目した。微結晶粒SUS材へ両面フォトリソグラフィを処し、塩化第2鉄水溶液でウェットエッチングを行い振動子を作製した。作製した振動子は平滑な加工形状を有し、1.5mmの変位下でも破損しないことを確認した。2. 接触型非線形バネの開発ピエゾ電気2重層エレクトレットは静電引力が非常に強く、振動子とエレクトレットが張り付く「プルイン」が生じやすい。そこで、プルイン抑制機構として、接触型非線形バネを考案した。その機構は、振動子がエレクトレットに接近した際、フレームに設けられたストッパと振動子の梁が接触することでバネ反力が非線形に増大され、プルインを抑制する。FEMシミュレーションにより、振動子の共振周波数、振動子とストッパの最適な位置を求めた。フレームはABS樹脂を用いて切削加工により形成した。シミュレーションを基に実際に作製した振動発電素子の特性は、加振加速度1Gの条件で、共振周波数が130Hz、発電密度が34μW/㎤で有り、目標の3倍の発電密度を実現した。
This year, compared with the previous year, we developed a two-layer electric power package to produce small, electrostatic-induced vibration emitters. In order to achieve the required electric density of ~10 μW/Ω for micro-vibration (200 Hz, below 1 G) in the real environment and to achieve the required electric density of ~10 μW/Ω, the following two points are selected. 1. High mechanical reliability, high precision machining, low vibration in the environment, low vibration in the environment, vibration structure, high precision machining, low vibration in the environment, high precision machining, high precision machining, high precision machining. In the past, the precision machining of high-quality materials has been optimized, and the mechanical reliability has been difficult under the above conditions. In this study, the application of micro-crystalline particles (SUS) foil to precision machining was studied. Microcrystalline SUS material surface treatment, the second iron aqueous solution treatment, the second iron aqueous solution treatment Make sure the vibration is smooth and the shape is 1.5mm. 2. Contact type non-linear generation of the development of electricity 2 layers of electrostatic attraction is very strong, vibrator and A study of contact-type non-linear growth mechanisms. The mechanism is designed to suppress the non-linear increase in reaction force when the vibrator is in contact with the beam of the vibrator. In the FEM design, the resonance cycle number of the vibrator and the optimal position of the vibrator and the piston are calculated. ABS resin is used for cutting and machining. Under the condition of vibration acceleration of 1G, resonance frequency of 130Hz and transmission density of 34μW/h, the transmission density of 3 times the target is realized.

项目成果

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专利数量(0)
Electrostatic Force-induced Broadband Effect in Electret- based Vertical Vibration Energy Harvesters using Finegrained Stainless Steel Oscillator
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  • DOI:
    10.1088/1742-6596/557/1/012124
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    H. Asanuma;M. Hara;H. Oguchi;H. Kuwano
  • 通讯作者:
    H. Kuwano
Ferroelectric dipole electrets for output power enhancement in electrostatic vibration energy harvesters
  • DOI:
    10.1063/1.4824831
  • 发表时间:
    2013-10-14
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Asanuma, Haruhiko;Oguchi, Hiroyuki;Kuwano, Hiroki
  • 通讯作者:
    Kuwano, Hiroki
ステンレ箔振動子を用いた静電誘導型の振動発電素子の発電量向上の検討
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    浅沼春彦;大口裕之;原基揚;桑野博喜
  • 通讯作者:
    桑野博喜
強誘電双極子エレクトレットの開発と静電誘導型振動発電デバイスへの応用
铁电偶极驻极体的研制及其在静电感应振动发电装置中的应用
  • DOI:
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    浅沼春彦;大口裕之;原基揚;桑野博喜
  • 通讯作者:
    桑野博喜
Ferroelectric dipole electrets prepared from soft and hard PZT ceramics in electrostatic vibration energy harvesters
静电振动能量收集器中软硬 PZT 陶瓷制备的铁电偶极驻极体
  • DOI:
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Haruhiko Asanuma;Hiroyuki Oguchi;Motoaki Hara;Hiroki Kuwano
  • 通讯作者:
    Hiroki Kuwano
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  • 作者:
    浅沼 春彦;小松﨑 俊彦;松林 裕一郎 浅沼 春彦 小松﨑 俊彦 岩田 佳雄
  • 通讯作者:
    松林 裕一郎 浅沼 春彦 小松﨑 俊彦 岩田 佳雄
圧電材とセミアクティブ制振回路を利用したスマート制振板の解析技術
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  • 发表时间:
    2019
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  • 作者:
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