61
図3.27 入力エネルギーの比較
図3.28 出力エネルギーの比較
1000 110 120 130 140 150
50 100 150 200 250 300
Mass [g]
Input Energy [J]
群A
62
図3.29 効率の比較
図3.27に示している入力エネルギーの比較では、十倍の差が出ているということが変位 の比較によって推測できる。変位に十倍の関係があるので、入力エネルギーと変位が正比 例であるため、群Aの入力エネルギーが揚Bの10倍となった。図3.28の出力エネルギー の比較によって、群Aの出力エネルギーは揚Bの2.5倍となることがわかった。つまり、
揚Bの効率は群Aの4倍となる。図3.29の平均効率の比較から明らかなように、群Aの平
均効率は5.9％に対し、揚Bの効率は24.9％に達している。これまでの経験によって、揚B
の発電効率が大変良いと考える。
表3.9 120g重りの際の出力データ
1000 110 120 130 140 150
5 10 15 20 25 30 35
Mass [g]
Efficiency [%]
群A 揚B
63
図3.30 共振周波数の比較
表3.9は120g加重した場合の出力データの比較である。群Aが柔らかいので、変位が揚 Bより大きい、そのため、出力電圧、出力電力と出力エネルギーが全部揚Bより優れてい る。しかし、群Aの入力エネルギーが揚Bの10倍であるため、効率の比較において考えれ ば、揚Bの発電効率が高いということを確認した。
0 200 400 600 800 1000 1200
-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10
Frequency [Hz]
Power Spectrum Magnitude (dB) 揚B
群A
群A
揚B
64
3.5 厚さが違う PZT 単体の比較
前節で群Aと試作した揚BのPZTデバイスとの発電特性を比較した。試作デバイスは中 国製であり、三角形状の全体にPZT素子が貼り付けられたデバイスの効率が高くて価格も 安い。このPZT素子を用いる振動発電装置はコストを下げられるだけでなく、発電特性に も優れる。本節で、厚さが違うPZT素子（0.1mm、0.2mm、0.3mm）の発電効率を考察する。
理論式は
Z = 𝑊𝐶 1 = 2𝜋𝑓𝐶 1
図3.31 共振周波数の比較
表3.10 理論式によって導出される整合抵抗
共振周波数[Hz] 容量値[μF] 整合抵抗値[kΩ]
揚 A 425 0.123 3.1
揚 B 613 0.07 3.84
揚 C 737 0.08 2.7
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 -120
-100 -80 -60 -40 -20 0
Frequency [Hz]
Power Spectrum Magnitude (dB)
揚A 揚C 揚B
A B
C
65
図3.31は揚A,B,Cの共振周波数の比較である。この図から明らかなように、PZTデバ
イスが厚くなるほど、共振周波数が高い方向に推移することが確認できる。そして、実験 で計測した共振周波数と容量値によって、整合抵抗値を算出した。表3.10に整合抵抗値、
容量値と共振周波数が示されている。次に、負荷整合抵抗を繋いで効率測定実験を行う。
ここで、三つのPZTデバイスの厚さが違うため、耐性を考慮して重りの重量も一様ではな い。重りの重量を表3.11に示す。
表3.11 重りの重量
揚 A B C
重りの重量[g] 50～100 100～150 150～200
図3.32 入力エネルギーの比較
50 100 150 200
5 10 15 20 25 30 35
Mass [g]
Input Energy [J]
揚C 揚A 揚B e-5
A
B
C
66
図3.33 出力エネルギーの比較
図3.34 効率の比較
50 100 150 200
0 2 4 6 8 10
Mass [g]
Output Energy [J]