| Project/Area Number |
23K11706
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 80040:Quantum beam science-related
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
川崎 卓郎 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, J－PARCセンター, 研究主幹 (20626361)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2025: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Fiscal Year 2024: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 中性子回折 / オペランド測定 / モーター / 非破壊測定 / 格子ひずみ |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、既存の手段では計測不可能な電気自動車等の動力源として用いられるモーター内部の稼動中の力学的負荷や温度上昇を、中性子の物質への高い透過能力と、原子レベルでの構造評価が可能な能力を活かして実験的に計測する手法を開発する。
本手法を実現し、稼働するモーター内部に発生する負荷を実験的に確かめられるようにすることで、モーターの安全性及びシミュレーション評価の信頼性向上への貢献が期待できる。
さらに、本研究を通じて、実製品の実稼働状態という複雑環境への材料のミクロスケールな応答を実験的に評価する、材料・機械工学分野における新たな研究を展開する端緒を開く。
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和6年度は、市販品の約90㎜角の外部寸法を持つブラシレスモーターを対象に、J-PARC物質・生命科学実験施設BL19の工学材料回折装置「匠」を用いた中性子回折測定によって、回転によって発生する内部負荷の観察を試みた。
モーターのうち、回転しないステータ部については電磁鋼板を、回転するローター部については円筒状の永久磁石を測定対象とした。
停止状態から一定の回転数で動作を開始するとモーターの温度は緩やかに上昇し、やがて回転数に応じた温度で安定する。このプロセスのステータ部の格子ひずみの変化を時分割中性子回折によって求め、鉄の線膨張係数を用いて温度変化に換算したところ、表面温度の変化と矛盾のない履歴を示し、中性子回折によるモーターの内部温度評価に成功した。得られた結果は、対象としたモーターでは、ステータの最も内側の部分とモーター表面の最も温度が高くなる部分（中心付近）がほぼ同じ温度であり、回転開始からの時間経過に対してもほぼ同じように推移することを示していた。また、ストロボ中性子回折法を適用してモーターの回転角による格子ひずみ変化の観察を試みた結果、対象としたモーターのステータ部には観測可能な大きさの回転角に依存する格子ひずみは発生していないことが明らかとなった。ここから、ステータ部に発生する実効的な負荷は熱負荷のみであることが示された。
一方、ローター部については、対象としたモーターではホウ素を含む永久磁石が用いられており、その高い中性子吸収によって回折パターンの強度が極めて小さく、時分割格子ひずみ評価は困難であった。しかしながら、停止状態と定常状態での中性子回折パターンより、回転によってローター部表面にも格子ひずみが発生していることが確認された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和6年度は、前年度に構築した、中性子回折装置上でモーターを任意の回転数で動作させ、同時に回転角をアナログ信号として出力するシステムを用いて、実際に回転中のモーターの内部負荷評価を実施した。システムが正常に動作することを確認できたとともに、モータの内部温度評価に成功した。上で述べたローター部の格子ひずみについて、その発生要因と負荷量への換算には至っていないが、永久磁石単体でのいくつかの温度、回転条件での格子ひずみといった基礎データを取得することで解決できる見通しである。また、異なるタイプのモーターについても評価の準備を進めている。以上のことから、おおむね順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、ローター部に発生していた格子ひずみの発生要因と負荷量への換算を行うための基礎データとするために、ローターの永久磁石単体での温度や回転数に依存する格子ひずみを取得する。また、回転子表面が永久磁石でないタイプのモーター対象とした、回転中中性子回折実験を実施し、内部負荷評価を試みる。なお、このモーターについてはすでに部品単体での中性子回折強度チェックを実施済みであり、良好な結果が得られている。
これらと並行して、EV等に用いられる大型・高出力モーターでも同様の評価が可能であるか、検討を進める。
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