既存の風致振動圧電エナジーハーベスターの狭い作動風速範囲および高速風時の過大な振幅問題に対処するため、可変形翼型鈍体の風致振動圧電エナジーハーベスターを提案する。本装置は主に可変形翼型鈍体、片持ち梁および圧電複合梁で構成され、鈍体の弾性翼は風力の影響により変形し、システムの振動特性の自己調整を実現し、ハーベスターの環境適応性向上を目的とする。COMSOL有限要素モデルを構築し、風速が鈍体形状および振動特性に及ぼす影響をシミュレーションと実験により解析し、迎風角および弾性翼厚さがハーベスターの出力性能に与える影響規則を得た。結果は、迎風角120°および弾性翼厚0.15 mmを選択したとき、本ハーベスターの作動風速範囲が21 m/sに達し、風速が8 m/s未満では弾性翼の変形が小さく、システムは減振を主とし、出力電圧は風速増加に伴って増大することを示した。風速が8～17 m/sのとき弾性翼の変形量がさらに大きくなり、システムは減振から次第に渦振動に転じ、出力電圧の変化は小さい。風速が17～25 m/sのとき鈍体は弾性翼の過大変形により弧状となり、システムは渦振動を主とし、その振幅は効果的に制御され、出力電圧は風速増加とともに減少する。マッチング抵抗250 kΩ存在下で本ハーベスターの最大出力電力は3.78 mWである。したがって、本可変形翼型鈍体風致振動圧電エナジーハーベスターは、構造信頼性、低い起振風速および広い風速範囲を満たしつつ、大きな電力出力を同時に実現できる。

圧電エナジーハーベスター;風致振動;可変形鈍体;減振;渦励振動