2014 Fiscal Year Research-status Report
エネルギ回生型準能動的制振システムの性能予測と最適化手法の確立
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26420818
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| Research Institution | Japan Aerospace Exploration Agency |
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Principal Investigator |
小野田 淳次郎 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 名誉教授 (20013740)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 制振 / 準能動的 / エネルギ回生 / 最適化 / 圧電素子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
振動の位相に応じたタイミングで、振動する構造物に取り付けた圧電素子に蓄えられた電圧の極性を、圧電素子にコイルを短時間接続することにより反転させ、効率的に制振を行うエネルギ回生型準能動的制振システムを構成する圧電素子とコイルの設計と組み合わせの最適化に向けて研究を行った。
この制振システムが散逸するエネルギは、上記の電圧反転前後の電圧比(以降電圧反転係数と呼ぶ)に大きく依存し、この電圧反転率は圧電素子とコイルを含む回路の等価抵抗に依存することから、上記最適化のためにはこの等価抵抗の値を設計変数の関数として知る必要がある。
そこで計画通り、種々の圧電素子とコイルの、定常正弦波入力に対する等価抵抗を実測し、これらを表現する数学モデルを作成した。次に電圧反転係数を十分な精度で測定する回路と手順を確立したうえで、種々の圧電素子とコイルの組み合わせについて電圧反転係数を実測した。
その結果、板状の圧電素子については、下記の場合を除き、電圧反転時の等価抵抗は上記定常正弦波入力に対する等価抵抗で代用できることを見出した。例外は電圧反転時の電気的振動と、圧電素子や構造の局所的な高次振動との連成が強い場合である。更に、この連成が強い場合を除外し、与えられた圧電素子とコイルの組み合わせについて、圧電素子の板厚/面積比とコイルの導線の長さ/断面積比の最適値を解析的に求め、更に圧電素子とコイルへの質量の最適配分についても定式化を行った。
積層型圧電素子は、一部に上記と異なる結果が得られていて、更に詳しい検討を要する状況にある。
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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
電圧反転率の十分な精度での測定回路と手順を確立した。
板状の圧電素子については最終目標に近いところまで進めることができ、この部分については、学術誌への論文投稿の準備の最終段階にある。
積層型圧電素子については板状の圧電素子と同様の挙動を示すものとそうでないものが確認されているが、次年度、より多種の圧電素子の測定を通じて、挙動を解明・整理する。
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| Strategy for Future Research Activity |
基本的には当初計画通りに進める。
板状圧電素子については、今年度の研究で大きく進展した。今後は更に他種の圧電材について実験を行い、研究成果の普遍性を高める。
次年度は積層型圧電素子を中心に、その特性の把握とそのモデル化に努めることとなる。限られた予算内で結果にできるだけ高い一般性を持たせられるよう、実験結果を精査しながら、どのような積層型圧電素子の特性測定をどの様な条件下で行うべきかについて、慎重に見定めながら進める。
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| Causes of Carryover |
限られた予算内でより普遍性が高い成果を創出するために、吟味する圧電素子を一挙に購入するのではなく、少数種を購入して実験/測定を行い、その結果を踏まえて次に吟味すべき圧電素子の種類を決めている。今年度は比較的安価な板状の圧電素子については整理しやすい実験結果が得られたが、比較的高価な積層型圧電素子についてはより慎重な検討が必要な試験結果が得られ、次に吟味すべき圧電素子の選定に慎重を期した。その結果、圧電素子の購入額が当初想定したよりも少数となり、次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当初から次年度に購入を予定していた圧電素子を含め、慎重な検討を踏まえて吟味すべき圧電素子を選定、購入し、実験/測定を続けてゆく。
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