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東北大、振動を吸収し発電する外部電源不要の振動制御装置を開発 自動車や橋梁に

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東北大、振動を吸収し発電する外部電源不要の振動制御装置を開発 自動車や橋梁に

東北大学は、高度な振動制御演算を行う独創的なデジタルマイクロプロセッサーシステムを設計し、エネルギーハーベスティングを行い外部電源供給が不要な振動制御装置を開発した。

圧電素子を装置に組込み、変形させると電圧を発生する圧電効果と、電圧がかかると変形する逆圧電効果の両方を効果的に作動させることで実現。実証では、外部電源を利用せず、ひとつの圧電素子で振動を8割抑制した。

従来の外部電源が不要な振動制御は、単純波形の単調な振動しか抑制できず、複雑波形の振動を抑制するには外部電力が必要だったが、同装置は複雑波形の振動抑制においても外部電源が不要となる。

実用化においては、外部電源に頼れない構造物等の振動制御に適用可能。また、タイヤ・タービン等の回転体にも有用で、航空機、電車、自動車、長い橋梁、防音壁など身近な分野での活用が期待される。

同装置は、圧電素子に、制御器からの信号で切替えるスイッチ回路を取付けることで、従来の課題を解決。プロセッサーが高度なデジタル演算を行い、移動体構造の複雑波形の振動に最適に対応する機能を持つ。

また、振動から電気エネルギーを取出し、デジタルプロセッサーの駆動にも電力を供給する等、電力の自己完結機能を有しており、電気的に自立型の自家発電振動制御システムを構築した。

コンパクトな設計の自立型振動制御システムは、電源不要で従来のバッテリー交換も不要。実用化において安価の強みがあり、構造物に多数個の分散配置で集中制御機能が不要な「ユビキタス制振システム」が可能になる。

なお、デジタルマイクロプロセッサー回路のスイッチの切換えのみで振動抑制される原理より、制御振動が誤って振動が大きくなる等の不安定要素は無いとしている。

【参考】
東北大学 - 制振技術とエネルギーハーベステイングを同時実現する完全セルフパワード制振技術の実証に成功(PDF)

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