低周波、広帯域、高強度および大振幅の振動環境における信頼性向上のために、反転励起型圧電振動エネルギーハーベスターを提案する。本装置は振動拾振器と変換器から構成される。変換器の振動方向は拾振器の振動方向（環境振動方向）に垂直であり、振動方向の変換は磁力による反転構造によって実現される。この反転構造により、外部励起の増大に伴い応答振幅が増加し続けることが抑制され、信頼性が向上する。エネルギーハーベスターの動的モデルを構築し、数値シミュレーションおよび実験により、関連パラメータが出力特性に与える影響を得た。シミュレーションおよび実験結果は、励起周波数が20 Hz未満のとき、本2自由度系に2つの共振周波数が存在し、出力電圧がピークに達することを示している。1次は拾振器の共振周波数、2次は変換器の共振周波数である。拾振ばね長さおよび拾振質量の増加に伴い、1次共振周波数は上昇し、対応する出力電圧はほぼ変わらない。2次共振周波数はほぼ変わらず、対応する出力電圧は徐々に上昇し、動作周波数帯は拡大する。外部励起振幅が閾値に達した際、変換器の応答振幅は効果的に制御され、出力電圧はそれ以上増加しなくなる。最適負荷抵抗は540 kΩであり、この時出力最大電力は0.4 mWである。実際の応用では、構造パラメータを変更することで共振周波数および出力電圧を調整し、応答振幅を安全域内に制御し、低周波、広帯域、高強度および大振幅動作環境に適応可能である。

圧電;振動エネルギーハーベスター;低周波;反転励起;応答制限