リニアモータ・発電グループ
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図1 フリーピストンエンジンリニア 発電機の燃焼実験 |
図2 自転車の振動を利用した エナジーハーべスティング |
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リニアモータ・発電グループの紹介
リニアモータ・発電グループでは，IoT促進のためのエネルギーハーベスティング技術や分散型電源への活用を目的としたフリーピストンエンジンリニア発電機の研究を行っています。
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非接触給電グループ 研究内容
フリーピストエンジンリニアジェネレーター(FPEG)の高効率化[科研費]
私達が研究しているテーマはフリーピストンエンジンリニア発電機(以下,FPEG)と呼ばれる発電システムです。 システムの構成としては，フリーピストンとリニア発電機にて構成されています。 フリーピストンエンジンはクランク機構が無い往復運動式の内燃機関です。 燃焼力を利用して，永久磁石を取り付けたピストンを往復運動させてリニア発電機で電力を取り出しています。
現在行っている研究として，FPEGのエネルギー変換効率向上を目標に，シミュレーションソフト(MATLAB Simulink)を用いてFPEGの動作模擬と効率計算，電磁界解析ソフト(JMAG)を用いて電磁界解析を行っています。 また，実験装置では可動子動作の変更が発電効率に与える影響などを検証しています。
図3 FPEGの構造 
図4 FPEGのエネルギーフロー 論文・国際会議・学会発表
[1]Mitsuhide Sato, Shoma Irie, Janping Zheng, Tsutomu Mizuno, Fumiya Nishimura, Kaname Naganuma：「Generator Design Considering Mover Action to Improve Energy Conversion Efficiency in a Free-Piston Engine Generator」,Electronics 2021, 10, 2142
[2] Mitsuhide Sato, Masami Nirei, Yuichiro Yamanaka, Hironobu Murata, Yinggang Bu, Tsutomu Mizuno：「Operation range of generation braking force to achieve high efficiency considering combustion in a free-piston engine linear generator system」, IEEJ J. Ind. Appl., Vol. 7, pp.343?350, 2018
[3]入江 渉馬，佐藤 光秀，水野 勉，西村 郁弥，長沼 要：「4ストロークエンジンを用いるためのクアッド型フリーピストンリニア発電機の提案」，リニアドライブ研究会，LD-22-041, 2022
磁石揺動式波力発電の検討
振動を利用した発電は，環境負荷軽減やメンテナンスコストの削減が期待され，エナジーハーベスティング技術の1つとして注目を集めています。 当研究室では，水を媒介にして微小振動を大きな波に変換して，可動子(永久磁石)を揺動させ発電するデバイスの開発を行っています。
これまでの研究では，自転車の走行中に生ずる振動を利用したテールライト(LED)点灯の検討を行いました。 その結果，平坦な明日アスファルト上の走行でのLEDの点灯を確認しました。
図5 磁石揺動式波力発電機の構造 
図6 自転車盗歳児の出力電力特性 論文・国際会議・学会発表
[1]「自転車の走行中に生ずる振動を利用した磁石揺動式波力発電機の提案」，武村 拓都，佐藤 光秀，水野 勉，令和4年電気学会全国大会予稿集 2-094,2022年3月