金沢大学の上野らは、1ワットの振動発電デバイスを小型化することに成功しました。そのデバイスと発電の様子を動画1で示します。出力でLEDが眩しく点滅しているのがわかります。これは24×3×90 mm のFe-Ga合金を3.2 mm厚の鋼鉄製のフレームに接着し、コイル、磁石を取り付けたもので、周波数19.5 Hz、加速度0.1 Gの振動で15 Vの電圧が発生します（図１）。実際、加速度を上げると感電する程の電圧が発生し、この時の電圧と電力を測定した結果が図2です。結果、加速度0.8 Gの振動で1 Wの実効電力を得ることに成功しました 。（その時の実効電圧は38 V、最大電力は4.7 Wです。） これは2022年4月のデバイスから40%サイズダウンをしています。付随してFe-Ga合金も小さくなっており、フレームも汎用材料を使用していることから、より低コストでつくることができます。

Researchers at Kanazawa University, led by Ueno et al., have successfully miniaturized a 1-watt vibration energy harvesting device. The device and its power generation process are demonstrated in Video 1. You can observe the LED flashing brightly as a result of the output. This device consists of a 24x3x90 mm Fe-Ga alloy attached to a 3.2 mm thick steel frame, with coils and magnets installed. It generates a voltage of 15V at a frequency of 19.5 Hz and an acceleration of 0.1 G (Figure 1). In fact, increasing the acceleration generates a voltage strong enough to cause an electric shock. The results of measuring the voltage and power during such conditions are shown in Figure 2. The researchers achieved an effective power output of 1 watt with vibrations at an acceleration of 0.8 G (The effective voltage was 38V, and the maximum power was 4.7 watts). This represents a 40% size reduction compared to the device from April 2022. The Fe-Ga alloy has also been downsized, and the frame utilizes cost-effective materials, allowing for a more affordable production process.

図1 19.5Hz 0.1Gの場合の電圧

Figure 1: Voltage at 19.5 Hz and 0.1 G

図2 発生電力 周波数19.5Hzの場合。0.8Gの加速度で1Wの実効電力が得られる。

Figure 2: Power Generation at 19.5 Hz frequency. Effective power of 1 W is achieved with an acceleration of 0.8 G.

従来の振動発電の出力はミリワット （1/1000ワット）が限度で、耐久性も不明です。一方、金沢大学では、前述の4月に、より大型のデバイスで数Gもの強度振動で耐えうる構造を実現しています。（これについてはアスファルト工場の起振体に実装し、長期の蓄電動作も実証中です。）　つまり本デバイスでも強度を十分に確保できると考えられます。1ワットは電池以上の出力です。本技術によりV-GENERATORの活用範囲は、無線センサの電源から、更に大きな「電力回生」に拡大します。なお、このデバイスを活用する場合、振動周波数として5 Hz～30 Hzが適します。また1ワットを出力するには、ある程度の加速度も必要です。

The previous generation of vibration power generation had a maximum output of milliwatts (1/1000 watt) and its durability was uncertain. However, at Kanazawa University, a larger device capable of withstanding several G-force intensity vibrations has been developed since April, providing a structure that ensures sufficient strength. (This technology is currently being implemented in an asphalt plant’s vibration source for long-term energy storage operations.) This means that the device can also maintain ample durability. One watt of power output exceeds that of a battery. With this technology, the range of V-GENERATOR utilization expands from powering wireless sensors to larger-scale “power regeneration.” It should be noted that for effective utilization of this device, an appropriate vibration frequency of 5 Hz to 30 Hz is recommended, and a certain level of acceleration is required to achieve the 1-watt output.

この成果を活用し、様々な企業と応用研究を進めて行きます。

We will utilize this achievement and collaborate with various companies to advance applied research in this field.