【図１　風振動発電の用途例と風洞実験】

【Figure 1: Applications and Wind Tunnel Experiments of Vibration Energy Harvesting】

風洞内での風振動発電実験の様子

Wind Vibration Energy Harvesting Experiment in a Wind Tunnel

人やモノ、風や水流の動きなど、身の回りの振動から電気を起こすのが振動発電であります。風振動発電装置は、トンネルや橋梁等の状態監視、空調ダクト等の風速・温度のモニタリングのセンサ自体やセンサ信号送信に必要な電力を電池に代わって永久的に供給します。動画は、風洞測定部内に設置したＵ字形振動発電デバイスと、その先端に接続された受風部の流力振動する矩形柱の模型です（風は左側から吹いています）。風速1m/sから発電を開始して、風速4m/s以上で2mW以上の電力を発生します。流力振動には様々な種類がありますが、断面辺長比がD/H = 0.1～0.5 (D：模型の流れ方向長さ、H：流れ直交方向長さ)の薄っぺらい矩形柱の模型に発生する低速ギャロッピングと呼ばれる流力振動現象を利用して、風速1m/s以下の低い風速から発電が開始する風振動装置を開発しています。

Vibration energy harvesting is the process of generating electricity from vibrations in our surroundings, such as human movement, objects, wind, or water flow. Wind vibration energy harvesting devices provide a permanent power supply, replacing batteries, for sensors used in condition monitoring of tunnels, bridges, and other structures, as well as for monitoring wind speed and temperature in air conditioning ducts. The video shows a U-shaped vibration energy harvesting device installed in the wind tunnel test section, with a flow-induced vibrating rectangular column model attached to its tip (wind blows from the left side). Power generation starts from a wind speed of 1m/s and produces over 2mW of power at wind speeds of 4m/s or higher. Various types of flow-induced vibrations exist, but we have developed a wind vibration device that starts generating power from low wind speeds (below 1m/s) by utilizing a flow-induced vibration phenomenon called low-speed galloping, which occurs in thin rectangular column models with a cross-sectional aspect ratio of D/H = 0.1-0.5 (D: length in the flow direction of the model, H: length orthogonal to the flow direction).

【図２　フィールド実験装置外観と計測システム】

【Figure 2: Field Experiment Device Exterior and Measurement System】

矩形柱の模型を熱可塑性CFRP（炭素繊維強化プラスチック）で製作して、耐久性を向上させてフィールド実験を行っています。その外観と計測システムの概略図です。金沢大学実験棟（ハードラボ４）屋上に風振動発電装置を設置・計測して、発電電圧・風速・風向等をクラウドに上にアップしてデータを取得しています。

We have fabricated a rectangular column model using thermoplastic CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) to enhance durability and are conducting field experiments. The figure shows an outline of the exterior and measurement system. We have installed and measured the wind vibration energy harvesting device on the rooftop of the Kanazawa University Experimental Building (Hard Lab 4) to acquire data on generated voltage, wind speed, wind direction, etc., and upload it to the cloud.

自然風によるフィールド実験　～尾翼付き風振動発電装置～

Field Experiment with Natural Wind – Winged Wind Vibration Energy Harvesting  

熱可塑性CFRP（炭素繊維強化プラスチック）で製作した矩形柱模型と、尾翼を取り付けて風向変動に追従可能な機能を持たせた風振動発電装置です。発電機からの電力はスリップリングを介して外部に取り出せるようになっています。強風時も壊れずに、令和４年１月から稼働しています。

This wind vibration energy harvesting device is equipped with a rectangular column model made of thermoplastic CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) and a tail wing to allow for tracking changes in wind direction. The power generated by the generator can be extracted externally through a slip ring. It has been operational since January of Reiwa 4 (2022) without damage even during strong winds.