2020年度公募 seeds-0959 - 【近畿】 IoT機器のワイヤレス化を実現する自立電源としての軽量・薄型なマイクロ風力発電機器の技術開発
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VISION

ビジョン

IoT機器の自立電源に要求される軽量化・薄型化が容易な風力発電機器

柔軟シートの風によるはためき振動を利用した風力発電

近年,日本ではインフラの老朽化が問題となっており,インフラ監視センサの導入による点検コストの削減の需要が高まっています.
ここで,振動・熱・電波などの環境中のエネルギー源から微小電力を回収する手法として環境発電が注目されています.センサや計測回路の電源として環境発電を用いることで電源配線に拘束されずにセンサを配置することが期待できます.
本研究では,薄く柔軟なシートが風によってはためく現象をPZT素子等で発電に用いたマイクロ風力発電機の性能の評価手法を対象にしております.

マイクロ風力発電機による,電源配線に拘束されない IoT センサネットワークの実現

複数の独立したセンサ群によるリ広範囲の情報収集は社会インフラの老朽化・土石流等の災害予兆の監視に有効な手段です.
本研究のマイクロ風力発電機の性能の評価手法により発電性能を向上させた場合,太陽光・振動発電などを補完する形で導入することで,電源配線に拘束されない分散配置を実現でき,広範囲のリアルタイムな情報の取得が実現できます.

USE CASE

最終用途例

インフラ監視機器用の自立電源

USE CASE 01インフラ監視用IoT機器のワイヤレス化による設置コストの削減

APPLICATION

APPLICATION

橋梁・トンネル内の異常検知

小型自立電源の導入により,センサ群は電源ケーブルから解放され,電源ケーブルを設置する手間とコストを削減することが期待できます.

USE CASE 02災害予兆の監視用IoT機器のワイヤレス化による監視範囲の拡大

APPLICATION

APPLICATION

ポータブルセンサによる土石流の予兆の監視の実現

マイクロ風力発電機などの小型自立電源の導入により,センサ群は電源ケーブルから解放されます.遠隔地に配置することが可能になり,広範囲の情報を収集できることから,災害予兆の検出精度の向上が期待できます.

STRENGTHS

強み

IoTセンサ群の自立電源に適したマイクロ風力発電機

STRENGTHS 01

従来手法より軽量・薄型形状を実現する発電機構

PZT素子などの変形により電力を生成するスマート素材を張り付けた柔軟シートを内蔵した構成により,風車などの従来型風力発電機器よりも大幅に小型化・軽量化を実現できます.

TECHNOLOGY

テクノロジー

高速化された発電性能評価手法に基づき,効率的な超小型風力発電機を提案

TECHNOLOGY 01

高速化された発電性能評価手法により発電性能の設計を実現

シートのはためき現象を利用した小型発電機は,流速・シートの剛性・シ-トの寸法・発電回路の電気的負荷に応じて複雑な発電能力を示します.また,流体ー構造連成問題であるため,シミュレーションによる発電性能の評価には困難が伴います.
本研究では,計算コストの小さい高速化された発電性能評価手法を提案し,実験結果を再現させることに成功しました.これにより,短時間で幅広いパラメータについてマイクロ風力発電機の性能の評価が可能になります.

PRESENTATION

共同研究仮説

マイクロ風力発電機のプロトタイプの製造

共同研究仮説01

実験による評価用のマイクロ風力発電機のプロトタイプの製造

プロトタイプを用いた実験により発電性能評価を実験的に評価

現在,提案した発電性能評価手法は,はためき振動の振動数や振幅の観点から実験結果の再現に成功しておりますが,今後は発電量についても比較を行う必要があります.
共同研究の中では,風洞実験を通じて発電性能の実験とシミュレーションの比較を行いたいと考えております.

RESEARCHER

研究者

山野 彰夫 大阪府立大学
工学研究科航空宇宙海洋系専攻 航空宇宙工学分野
経歴

経歴
2015~2017 大阪府立大学 工学部 特別研究員DC2
2017~2019 和歌山大学 教育学部 特別研究員PD
2019~ 大阪府立大学 工学研究科 航空宇宙工学分野 助教

代表論文
A. Yamano et al., Influence of the aspect ratio of the sheet for an electric generator utilizing the rotation of a flapping sheet, Mechanical Engineering Journal, Vol. 8, No. 1 (2021).

A. Yamano et al., Influence of boundary conditions on a flutter-mill, Journal of Sound and Vibration 478(21), 2020.

山野 彰夫他,大変形を伴う流路内シートフラッタの力学的検討,日本機械学会論文集,82 巻,837 号 (2016),pp. 1-17.

研究者からのメッセージ

シートのはためき振動を利用したマイクロ風力発電機の設計手法の確立

シートのはためき振動を利用したマイクロ風力発電機は,案かであり軽量化・小型化が容易でIoT機器の自立電源として期待できます.一方で,シートのはためき振動は流体と構造の連成問題で,複雑な挙動を示します.本研究では,計算コストの小さいマイクロ風力発電機の設計手法の開発を目標としています.