大阪公立大学大学院のSengsavangAphayvong大学院生(博士後期課程1年)、吉村武准教授らの研究グループは兵庫県立大学大学院、大阪産業技術研究所と共同で、U字型の振動増幅パーツを取り付けた小型振動発電素子を開発。人の歩行運動で生じる振動からの発電性能を約90倍に高めることに成功した。

 近年、環境中の熱や光などの微小エネルギーから電力を取り出す技術(エナジーハーベスティング)が注目されている。中でも、振動物体の運動エネルギーから電力を取り出す技術は振動発電と呼ばれ、天候や気象に左右されない。

 研究グループはこれまで、圧電効果による振動発電素子開発への取り組みから、モーターや洗濯機など周期が一定な機械的振動からマイクロワットレベルの電力の発生に成功していた。しかし、人の歩行運動等で発生する衝撃的な振動では、発電電力が大幅に低下するという問題があった。

 理論解析により、衝撃的振動の場合は発電素子に蓄積できる運動エネルギーの量が少ないことが発電電力の低下の原因と判明。そこで、衝撃的振動から受け取れる運動エネルギーの量を増大させ、一定時間蓄積できる仕組みを利用することを目指した。

 そこで、振動エネルギーを電力に変換する振動発電素子にU字型の構造を持つ振動増幅パーツを取り付けた1円玉サイズの素子を新たに開発。これにより、衝撃的振動からの発電性能を約90倍に増大させることに成功した。

 今回の成果は、素子の面積を増大させずに発電性能を向上できるもの。歩行運動を含む非定常的な振動から、スマートフォンやワイヤレスイヤホンなどの小型ウェアラブル端末を駆動することが可能な発電量を生み出す技術への応用が期待されるとしている。

論文情報:【Applied Physics Letters】Enhanced Performance on Piezoelectric MEMS Vibration Energy Harvester byDynamic Magnifier under Impulsive Force

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