トヨタ自動車はカーボンニューラルの工場の実現を目指しています。モノづくりの現場においては、様々な機械が動いています。この動力となるエネルギーを生成する過程でCO2が排出されています。これを回収し、地球に優しい工場をつくるのも企業の責任です。この目標に貢献すべく、金沢大学はトヨタ自動車と共同で，工場の機械で発生している振動からエネルギーを回収する技術を研究しています。モノづくり、特に成形加工においては、少なからず振動が発生します。一例として、大型のプレス機（写真）が発生する振動からエネルギーを回収する技術を開発しています。プレス機の振動は間欠的ですが、大きく広範に伝搬します。ここでプレス機の地下空間に配置された配管板に注目し、この下側にV-GENERATOR （タイプL）を設置しました。その結果、配管板は、プレス成形動作時に20Hzの周波数で自由振動をしました。デバイスに付ける錘を調整し、共振をこの周波数付近に合わせることで、1回あたり0.2ジュールのエネルギーを取り出すことに成功しました。グラフはその時に電圧波形で、この電力でLEDが点滅する動画も示します。これにより43,2000回（=1.5V×20mA×800h/200mJ）の動作でアルカリ単1乾電池1本分のエネルギーを回収できることになります。デバイスを3台取りつけた実験も行いました。各々に付けたLEDが同時に点滅し、同期して発電していることがわかります。つまり台数を増やすことで、その台数倍でエネルギーが取り出せることを確認しました。プレス機周辺には大きな部材が振動している箇所もあります。より大きなデバイスを利用することで、より大きなエネルギーが回収できる可能性もあり、現在、これを検証しています。また工場には多種多様な機械が動いています。ここで働く人たちの安全、安心も重要です。振動発電で回収したエネルギーは、この安全・安心においても活用できるかもしれません。
以上、金沢大学はトヨタ自動車と共同し、生産現場における振動からエネルギーを回収し活用する技術を開発、カーボンニュートラルな工場の実現に貢献します。

 
Toyota Motor Corporation is aiming to achieve a carbon-neutral factory. In the world of manufacturing, various machines are in operation. CO2 is emitted in the process of generating the energy that powers these machines. It is the company’s responsibility to capture this and create an environmentally friendly factory.

To contribute to this goal, Kanazawa University is collaborating with Toyota Motor Corporation to research a technology that recovers energy from the vibrations produced by the machines in the factory. In the process of manufacturing, particularly in forming processes, vibrations are inevitably generated. As one example, we have developed a technology that recovers energy from the vibrations generated by large presses.

The vibrations from the press machine are intermittent, but they propagate widely and strongly. We focused on the pipe plate installed in the underground space of the press machine and installed a V-GENERATOR (Type L) underneath it. As a result, the pipe plate freely vibrated at a frequency of 20Hz during the press forming operation. By adjusting the weight attached to the device and matching the resonance to this frequency range, we were able to extract 0.2 joules of energy per cycle.

The graph shows the voltage waveform at this time, and we also show a video of an LED flashing with this power. This means we can recover the equivalent energy of one AA alkaline battery from 43,200 operations (= 1.5V×20mA×800h/200mJ).

We also conducted an experiment where we attached three devices. Each of the LEDs attached to them flashed simultaneously, showing that they were generating power in synchronization. In other words, we confirmed that by increasing the number of units, we can extract energy multiple times that amount.

There are also large components around the press machine that vibrate. By using a larger device, there is a possibility that we can recover more energy, and we are currently verifying this. In addition, various machines are in operation in the factory. The safety and peace of mind of the people who work here are also important. The energy recovered from vibration power generation may also be useful for this safety and peace of mind.

In conclusion, Kanazawa University, in collaboration with Toyota Motor Corporation, is developing technology to recover and utilize energy from vibrations in production sites, contributing to the realization of a carbon-neutral factory.

プレス機

Press Machine

地下空間での実験の様子、配管板の振動を計測

Experiment in the Underground Space, Measuring the Vibration of the Piping Plate

動作時の発電で３色LEDが光る様子

Observation of a Tri-color LED Lighting Up During Power Generation

発生電圧の一例。振動や錘に依存する。

An Example of Generated Voltage. It Depends on Vibration and Weights.

3個のデバイスでLEDが光る様子。
同期して点滅していることがわかる。

The LEDs Lighting Up with Three Devices. It’s Clear that They’re Flashing in Sync.