[論文レビュー] Motion-Based Generators for Industrial Applications

Tom Sterken, Paolo Fiorini+1 more|ArXiv.org|Nov 21, 2007

Tactile and Sensory Interactions参考文献 4被引用数 15

ひとこと要約

本論文は、産業用途を想定した2つのモーショントランスダクション型エネルギー回収素子を提示している。これらは電磁誘導および静電変換を用いて周囲の振動から電力を生成する。サイズや効率の最適化はなされていないが、5 Hz、0.5 mの振幅の振動条件下で0.3 mWの出力電力を達成しており、低消費電力産業用センサーへの応用可能性を示している。

ABSTRACT

Scaling down of electronic systems has generated a large interest in the research on miniature energy sources. In this paper a closer look is given to the use of vibration based scavengers in industrial environments, where waste energy is abundantly available as engine related vibrations or large amplitude motions. The modeling of mechanical generators resulted in the design and realization of two prototypes, based on electromagnetic and electrostatic conversion of energy. Although the prototypes are not yet optimized against size and efficiency, a power of 0.3 mW has been generated in a 5 Hz motion with a 0.5 meter amplitude.

研究の動機と目的

• 産業環境における周囲の振動からのエネルギー回収の可能性を調査すること。
• 電磁誘導および静電変換メカニズムを用いたモーショントランスダクション型発電機の設計およびプロトタイピングを行うこと。
• 実際の産業用振動環境下での出力性能を評価すること。
• これらの発電機が低消費電力産業用センサーを駆動する上で持つ可能性を評価すること。

提案手法

• 振動運動からのエネルギー変換を最適化するため、機械的発電機のモデルを構築する。
• 2つのプロトタイプを製作した：1つは電磁誘導に基づき、もう1つは静電変換に基づく。
• 電磁誘導プロトタイプは、磁場内を移動するコイルを用いて電流を発生させる。
• 静電プロトタイプは、機械的運動によって駆動される可変コンデンサを用いて電力を生成する。
• 両プロトタイプは、5 Hzの周波数および0.5 mの振幅を持つ制御された振動条件下でテストされた。
• 出力電力を測定・分析し、性能およびスケーラビリティを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電磁誘導および静電変換メカニズムは、産業用振動からエネルギーを効果的に回収できるか？
• RQ2 現実的な振動条件下で、最適化されていないプロトタイプがどの程度の出力レベルを達成できるか？
• RQ3 設計および材料選定が、モーショントランスダクション型発電機の効率および出力に与える影響は何か？
• RQ4 このような発電機を産業現場に導入し、遠隔センサーを駆動する上で実現可能か？

主な発見

• 電磁誘導および静電プロトタイプは、機械的振動から電気的電力を効果的に生成した。
• 5 Hzの振動、0.5 mの振幅変位条件下で0.3 mWの出力電力を達成した。
• プロトタイプはサイズや効率の最適化がなされておらず、さらなる改善の余地があることを示している。
• 周囲に多数の機械的振動が存在する産業環境において、モーショントランスダクション型エネルギー回収が実用的であることが確認された。
• 最適化されていない設計でも、低消費電力用途に十分な電力レベルを生成できることを実証した。
• 本研究の結果は、産業用IoTおよびセンサーネットワーク向けの振動駆動発電機のさらなる開発を支援するものである。