自動車や電車、飛行機、工事現場など、我々の周囲は様々な音で溢れています。音もエネルギーを持っていますが、そのエネルギー密度はとても低いため、現状では回収できずに捨てられているのが現状です。本研究では、市販のPZT圧電素子とヘルムホルツ型共振器を用いて音響振動発電機を試作しました。音の周波数550Hzで共振するように設計・試作したところ、550Hzと425Hzで発生電圧が高まりました。120dBの音（すごくうるさい）を聞かせたところ、最大で0.8mWの電力を発生できました。今後はより小さい音でより大きな発電力が得られるように改良していきたいと思っています。
自動車や電車、飛行機、工事現場など、我々の周囲は様々な音で溢れています。音もエネルギーを持っていますが、現状では回収できずに捨てられているのが現状です。もし騒音から電気を作ることができれば、いずれは交通信号の電気を賄ったり、省電力機器を稼働させたり、いろいろと省エネに貢献できると思いませんか？
本研究では、市販のPZT圧電素子とヘルムホルツ型共振器を用いて、音響振動発電機を試作しました。
音の振動数550Hzで共振して最大電力が得られることを期待して、上記製作①の式に基づいて設計しました。出来上がった発電機は右上の通りです。この音響振動発電機の発電特性を以下の図に示します。
左上の図は音量と発生電圧の関係を示しています。音量(デシベルdB)が大きくなるほど、発生電圧も大きくなることが分かります。また、右上のグラフは音量一定で、音の周波数を変えた時の発生電圧の変化を表しています。図を見ると、設計周波数550Hzの他に、425Hzでも電圧が高くなっていることが分かります。この理由は、圧電体の重量によって、ヘルムホルツ容器底部の振動板の振動状態が変化したからと考えられます。
次に、発生した電力（エネルギー）を左上の図に示します。本研究で試作した音響振動発電機では、550Hzの音を音量120dBで聞かせた時に最大で0.8mWの出力が出ました。また、右上にはコンデンサへの充電の様子を示します。本発電機でコンデンサに徐々に電荷が貯まって電圧が上昇している様子が分かります。
本研究では、音響振動発電機を試作し、音からのエネルギーの回収を試みました。まだまだ改良の余地が多いですが、より大きな出力が得られるように研究を進めていきたいと考えています。
論文
「市販の圧電素子とヘルムホルツ型共振器を用いた音響発電の基礎的研究」(2023)『日本AEM学会誌』31(2)p.350-356.
「ヘルムホルツ型共振器を用いた音響発電機の製作とその発電特性」(2023)『材料の科学と工学』60(4)p.137-143.
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