［電気工学専攻］大山研究室の学生が2019年度電気学会産業応用部門家電・民生技術委員会において『優秀論文発表賞』を受賞しました

圧電素子を用いた自励式誘電エラストマー発電システムの発電特性

近年、二酸化炭素の排出量の増加による地球温暖化が、国際的に深刻な問題となっている。そこで、地球温暖化を抑制する解決策として誘電エラストマー発電（以下DEG）(1)に着目する。DEGは誘電エラストマー（以下DE）を使用して機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電方法である。 DEGの発電方式は、先ずDEの面積を拡大する方向に機械的な力を加えることにより、DEの面積を増大させて厚さを減少させる。次にこの伸長状態を保持したまま高電圧を印加し、DEを充電する。充電が完了したら、DEの面積が減少する方向に機械的な力を加えることにより，DEの面積を減少させて厚さを増大させると，伸長状態の時に充電した高電圧より更に電圧が高くなる。以上の過程が，DEGの発電サイクルである。図1にDEG発電サイクルの模式図を示す。従来のDEGでは外部電源が必要となり，外部電源の追加は発電システムを複雑にするだけでなく，DEG全体の発電量を減少することを意味し，結果としてDEGの発電効率の低下を引き起こす。本研究では，圧電素子とコッククロフト・ウォルトン回路を高電圧直流電源として具備し，リンギングチョークコンバータにより機器で利用可能な電圧に降圧する自励式DEG発電回路を提案し，MATLAB/Simulinkを用いて提案回路のシミュレーションを行い，その回路動作を検証した。また，実機検証として，入力側回路である圧電素子及びCW回路の昇圧試験及び圧電素子を用いた誘電エラストマーの自励式発電検証を行った。