| 研究課題/領域番号 |
19H02152
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21030:計測工学関連
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| 研究機関 | 信州大学 |
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研究代表者 |
曽根原 誠 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (30456496)
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| 研究分担者 |
佐藤 敏郎 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (50283239)
宮地 幸祐 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (80635467)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2021年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2020年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2019年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
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| キーワード | 磁界センサ / 磁気光学効果 / 磁性材料 / 電流センサ / 光プローブ / Faraday効果グラニュラー磁性膜 / 集磁ヨーク / 信号処理回路 / 光プローブ電流センサ / Faraday効果 / グラニュラー磁性膜 / 磁性微粒子複合材料磁気ヨーク / センサ処理回路 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
電気自動車や航空機の電源回路において、パワー半導体素子の端子に流れる電流を直接リアルタイムで測定できる小型電流センサが期待されている。申請者らは既に当該電流測定用センサとして、φ100μm光ファイバと同程度のセンサ部を要した小型で耐電磁ノイズ性に優れたFaraday効果型光プローブ電流センサの開発を進めている。電流センサの実用化には、電流の測定上限を1 kAまで高め、周波数範囲を直流から10 MHzまで、S/N比が80dB以上かつ小型・軽量にしなければならない。本研究では、当該電流センサのS/N比向上のための新しいグラニュラー磁性膜およびその磁性膜を用いた光プローブ電流センサを開発する。
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| 研究成果の概要 |
申請者らが開発を進めた光プローブ電流センサは、特にSiC等パワーデバイスで構成される電源回路のパワーデバイスの端子に流れる電流をin-situで測定でき、電源回路の高効率化だけでなく、サージ電流も測定可能なため安全性向上も期待できる。センサ部のFaraday素子や、小型集磁用ヨーク、光－電気変換回路などを実施し、光ファイバと同径の125umまでセンサ部を小型化できた。電源回路を模擬したダブルパルス試験回路において、同センサを用いたところ、電流の時間的変化（高速性）は1.8 kA/usを実現し、市販されているロゴスキーコイルよりも10%ノイズフロアを低減でき、当初の目標を満足した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
次世代電源回路の開発・使用において、本センサを用いてin-situ電流測定が可能になると、高効率な電源回路が実現でき、カーボンニュートラルや温暖化抑止に貢献できる。またサージ電流も測定可能なため例えば電気自動車や電動航空機など電動モビリティの安全性向上にも貢献できる。以上のように社会的意義は極めて高い。高いFaraday効果を有するグラニュラー磁性膜の開発や、同材料をセンサ部とする光プローブ式センサの研究・開発事例は少なく学術的にもインパクトがあり、実施期間中に当該テーマに関する招待講演を4件頂いた。コロナ禍で発表が滞っていたが、2022年度以降に研究成果を多数公表する予定である。
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