2019 Fiscal Year Annual Research Report
Realization of Structural Health Monitoring Using Halbach-Array Vibration Energy Harvester
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18H01664
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
五十嵐 一 北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (90212737)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井門 康司 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40221775)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 振動発電機 / 環境発電 / 永久磁石エラストマー / デジタルアニーラ― |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高度成長期に構築された橋梁や道路橋，トンネル，水道管など社会インフラの老朽化による事故が懸念されている．構造物内部の塩化物濃度や温度等をセンサーネットワークにより連続的にモニタリングできれば，安全性の飛躍的な向上が望める．特に，環境中からエネルギーを回し，測定データを無線送信する自律センサを用いれば，構造物の内部状態モニタリングが可能となる．
構造物の微小振動からエネルギーを回収する振動発電機として電磁誘導型があるが，小型化が難しく，微小振動下でのセンサ駆動も難しかった．本研究では，回転機等に使用されているハルバッハ配列を2次元アレー化し，その上にスマートフォン等に採用されている多層巻きコイルを高密度に配置することにより，小型化と高効率化が同時に達成し，0.1G以下の微小振動で無線センサを駆動する振動発電機を開発することを目的とする．
本年度は2次元ハルバッハ配列の構造最適化をデジタルアニーラを用いて行い，これまでに報告されていない永久磁石配列を得た．この研究成果を学術雑誌IEEE Transactions on Magnticsの論文として出版した．また永久磁石構造とコイル形状の同時最適化を行い，空気ギャップによってそれらの最適構造が大きく依存することを示した．この研究成果を，電気学会全国大会の講演論文集として公開した(大会は中止)．また，振動発電機の永久磁石として用いるネオジム粒子分散系エラストマーの着磁による動的機械特性への影響や，分散媒の異なる永久磁石エラストマーの磁気特性について検討した．これらの研究成果を磁性流体連合講演会にて発表した．
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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
振動発電機の2次元ハルバッハ永久磁石構造の最適化を行った．この最適化では膨大な磁化配列の組み合わせから最適解を見出すことが必要なため，超並列計算が可能なデジタルアニーラを活用して最適化を行った．またコイルと磁石構造の同時最適化も実現した．さらに永久磁石エラストマーの試作とその磁気的・機械的性質の研究を実施した．
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| Strategy for Future Research Activity |
まず永久磁石エラストマーがつくる磁界をXYステージとガウスメータにより測定する．つぎに最適設計した２次元ハルバッハ磁石を実際に永久磁石エラストマーで構成し，その磁界分布を測定する．さらに２次元ハルバッハ磁石を振動させたときにコイルに生じる誘起電圧を測定する．これらの研究成果を学術雑誌論文としてまとめる．
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