2015 Fiscal Year Research-status Report
高密度磁束集束法を用いた高温超電導磁気軸受の特性解析に関する研究
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26420166
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
村上 岩範 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (80292621)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 超電導浮上 / 高温超電導 / 磁気浮上 / 磁気軸受 / 超電導応用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、新たな磁束集束型永久磁石配列を用いて高磁束密度の磁場を生成し、これを回転部に利用する事によって、全軸方向に無制御で安定かつ高剛性な完全非接触高温超電導磁気軸受の開発を行うことを目的とする。
本研究目的を達成するため，平成27年度は26年度に実施した新たな磁束集束型永久磁石配列を用いた高温超電導磁気軸受部を用いて，全軸方向に剛性の高い無制御安定な浮上系の制振についての研究を実施した．26年度に開発した浮上系の特性として浮上力を増大させるために浮上体株に反発型の磁気浮上系を構成するための永久磁石を挿入し，超電導浮上系と永久磁石型磁気浮上系を組み合わせたハイブリット型の浮上系を構成し，本来不安定である反発型磁気浮上系を個運超電導磁気浮上系によって安定化を実現している．しかし，新たな磁束集束法を用いて非常に高密度に集束させた（単一永久磁石の表面磁束密度の約2倍）ために得た高い半径方向剛性(約15000N/m）に対して，若干の剛性低下がある．これにより，超電導のみの浮上系に対して振れ回り共振時振動振幅が増大し，本研究で開発したフライホイールの振れ回り振幅の限界が約2mmに対し1.3mm程度の振動振幅が発生している．27年度はこの振動の抑制を目的とし，回転部である新たな磁束集束配列部分の使用していない外周部を利用した制振機構を開発した．また，浮上力を制御する方法を検討するため，高温超電導線材を用いた高温超電導コイルを用いた磁場生成による反発型磁気浮上力制御方法の検証のたの第一段階として高温超電導コイルの特性解析についての研究を実施した．具体的には制振に関しては永電磁石型電磁石に振れ回り速度に比例した電力を供給することで磁気ダンパーを構成し，これによって制振を実施し，振幅を約54%低減することに成功している．またコイルでは永久磁石と同等の磁束密度を得た．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
27年度では当初計画に従うと高温超電導磁気軸受を有する完全非接触磁気浮上系の開発を行い，この時の高密度磁束集束型磁石配列が回転抵抗に及ぼす影響、反発型磁気浮上の安定化の検討、各方向の剛性の評価および加振による振動特性解析等を実行することであったが，これらは26年度並びに27年度当初に実施している．このため本来27年度並びに28年度にかけて実施する予定であった振れ回り共振の低減を目的としたほぼ無制御で稼働する制振機構の開発を実施した．これは本研究で開発した新たな磁束集束配列を用いた浮上回転部の外径側漏洩磁束を積極的に利用し，ここに対向する形で半径方向に反発力が恒常的に働く様な永久磁石と電磁石を組み合わせた永電磁石型制振機構を配置し，この永電磁石に浮上回転体の振れ回り速度成分に比例した電力を供給することによって磁気ダンパを構成することによって制振を行う構造となっている．磁束集束部を活用し，これに反発するように永電磁石を配置することにより，浮上力を向上させるための反発型永久磁石により低下した半径方向剛性を補償すると共に振れ回りに対する減衰として作用するため比較的低電力での効率の良い制振が可能な形態となっている．この様に研究期間後半で実施する予定であった制振機構の開発も実施している．さらに新たなものとして浮上用永久磁石の代替物として高温超電導コイルによる電磁石を用いることを検討するため超電導コイルの基本特性を解析するための実験装置を試作し，特性解析を実施した．この結果永久磁石と同等の磁束密度が得ることが可能であると確認している．
以上のことから当初計画以上の進展がみられると考えられる・
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度はこれまでの研究成果をふまえ，ピッチング方向の剛性向上並びにピッチング方向の制振機構の開発についての研究を実施する計画である．さらに磁気浮上用永久磁石を超電導コイルに換装した場合の特性解析についても検討している．
これまでの研究によって，新しい磁束集束方法による高密度の集束磁束を得ることが可能となりこれを用いて剛性の高い高温超電導浮上系を構成することに成功しているが，これは単一の円筒型高温超電導体を用い，その両端に集束磁束を進入させることで全軸方向に安定した浮上剛性を得ているが，大型化を考えた場合，超電導体の分割配置によるピッチング方向剛性向上が課題になると考えられる．この点について新たな超電導体を導入し当初計画にあったピッチング剛性の向上についての研究を行う．さらにこれに伴う磁束集束部の増設並びにこれに対応した制振装置の設置などを行い．安定で剛性の高いハイブリット型磁気浮上系を用いたフライホイールの研究開発を行う予定である．また反発型磁気浮上のための超電導コイルの設置についても検討する．現在，この超電導コイルの静的な特性の解明は実施したところであるが，機械的な動的特性についての検討も実施する必要がある．これについての検討，改善を行い本系のようなフライホイールに対しての有用性についての検討を実施する．
以上の課程を各段階でまとめ、随時、学会発表、論文投稿を行い、研究成果を公表することとする。
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| Causes of Carryover |
高温超電導バルク材を27年度に購入する予定であったが，実際には高温超電導線材を購入したため，加工費等が減額されことが主な原因であるが，他にも消耗品の価格改訂などにより，安価に購入可能となったためである．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
消耗品主に液体窒素の購入に充てる予定である．
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