低炭素消費型社会に貢献するマイクロ・ナノスマート電荷センサの開発

• 研究課題/領域番号: 22686030
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電力工学・電力変換・電気機器
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 熊田 亜紀子 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20313009)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2013-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 25,480千円 (直接経費: 19,600千円、間接経費: 5,880千円); 2012年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円); 2011年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円); 2010年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
• キーワード: 電気エネルギー工学 / 帯電 / 電気機器 / 低炭素社会 / 電荷センサ / ガス絶縁 / 誘電体界面現象 / MEMS / 静電気放電 / 沿面放電 / 微小ギャップ

研究概要

まずMEMS技術を利用ｍ空間分解能がμｍオーダの放電に伴う電荷密度分布測定システムの開発を試みた。プロトタイプの試作を行い、特性を測定したところ、内部耐電圧が当初の設計よりも低く、放電直接測定が難しいことがわかった。そのため、電気光学センサに着目し、その高分解化を行うことで、時間分解能1ns、空間分解能3μｍを達成し、沿面放電進展時の空間電荷分布を測定した。流体モデルを用いた数値シミュレーションと併用することで、ストリーマ進展、停止機構に迫った。
また、平行してマイクロメータスケールの沿面放電の観測を行ったところ、そのようなギャップでは真空中放電に近い機構によることが判明した。

研究成果

• [雑誌論文] 大気圧空気中における沿面ストリーマ進展シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中大樹,熊田亜紀子,日高邦彦
  • 雑誌名: 電気学会論文誌． Ａ 巻: 134 号: 3 ページ: 118-125
  • DOI: 10.1541/ieejfms.134.118
  • NAID: 130003391546
  • ISSN: 0385-4205, 1347-5533
  • 査読あり
• [雑誌論文] 気体のKerr効果を用いた雷インパルス電界測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 神谷朋輝，松岡成居，熊田亜紀子，日高邦彦
  • 雑誌名: 電気学会論文誌A 巻: 134 ページ: 162-163
  • NAID: 130003391552
  • 査読あり
• [雑誌論文] 多重反射式高感度ポッケルスセンサの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 神谷朋輝，松岡成居，熊田亜紀子，日高邦彦，呉一憲，栃谷元
  • 雑誌名: 電気学会論文誌． Ａ 巻: 134 号: 3 ページ: 164-165
  • DOI: 10.1541/ieejfms.134.164
  • NAID: 130003391553
  • ISSN: 0385-4205, 1347-5533
  • 査読あり
• [雑誌論文] CFRP製模擬燃料タンクにおける帯電液体の電荷挙動 (2014)
  • 著者名/発表者名: 熊田亜紀子，後藤隼紀，中俣浩樹，日高邦彦，津端裕之，川島愛，西孝裕樹
  • 雑誌名: 静電気学会誌 巻: 38 ページ: 59-64
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of Tiny Metal Particles on Charge Accumulation Phenomena of GIS Model Spacer in High-pressure SF6 Gas (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Iwabuchi, Shigeyasu Matsuoka, Akiko Kumada, Kunihiko Hidaka, Yoshikazu Hoshina, Takanori Yasuoka and Masafumi Takei
  • 雑誌名: Dielectrics and Electrical Insulation, IEEE Transactions on 巻: Vol.20, No.5 号: 5 ページ: 1895-1901
  • DOI: 10.1109/tdei.2013.6633722
  • 査読あり
• [雑誌論文] Residual charge distribution of surface leader discharge under positive impulse voltage (2013)
  • 著者名/発表者名: J.Deng, H.Mu, G.Zhang, S.Matsuoka, A.Kumada, and K.Hidaka
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Plasma Science 巻: Vol.41, No.4, part III 号: 4 ページ: 999-1004
  • DOI: 10.1109/tps.2013.2251670
  • 査読あり
• [雑誌論文] 多数回電流遮断が真空バルブの<i>V-t</i>特性に及ぼす影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 古川貴皓，熊田亜紀子，松岡成居，池田久利，日高邦彦，塩入哲，池田順一
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｂ（電力・エネルギー部門誌） 巻: 133 号: 9 ページ: 725-726
  • DOI: 10.1541/ieejpes.133.725
  • NAID: 10031193698
  • ISSN: 0385-4213, 1348-8147
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of current interruption on V-t characteristics of vacuum interrupters (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Furukawa, M. Ueda, A. Kumada, K. Hidaka. H. Ikeda, S. Sato, S. Nishimura, H. Shimizu, T. Shioiri, and M. Nomma
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Plasma Science 巻: 41 号: 8 ページ: 1896-1903
  • DOI: 10.1109/tps.2013.2268195
  • 査読あり
• [雑誌論文] Directly high-voltage measuring system based on Pockels effect (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Kumada, and K. Hidaka
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Power Delivery 巻: Vol 28, No. 3 号: 3 ページ: 1306-1313
  • DOI: 10.1109/tpwrd.2013.2250315
  • 査読あり
• [雑誌論文] Advanced measurement of surface charge distribution with high potential (2012)
  • 著者名/発表者名: A.Kumada, Q.Wangcen, K.Hidaka
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering 巻: ol.7, No.S1(2012年12月増刊号)
  • 査読あり
• [雑誌論文] 小電流アーク内の電子密度計測に向けたシャックハルトマン型レーザ波面測定装置の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 稲田優貴, 松本洋和, 松岡成居, 熊田亜紀子, 池田久利, 日高邦彦
  • 雑誌名: 電気学会論文誌． Ａ 巻: 131 号: 10 ページ: 872-877
  • DOI: 10.1541/ieejfms.131.872
  • NAID: 10030523149
  • ISSN: 0385-4205, 1347-5533
  • 査読あり
• [雑誌論文] CF₃Iガスの放電による副生成物の発生と絶縁特性への影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 武田敏信, 松岡成居, 熊田亜紀子, 日高邦彦
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｂ（電力・エネルギー部門誌） 巻: 131 号: 10 ページ: 859-864
  • DOI: 10.1541/ieejpes.131.859
  • NAID: 10030525104
  • ISSN: 0385-4213, 1348-8147
  • 査読あり
• [雑誌論文] Light emission phenomena in dechlorination process of polychlorinated biphenyls by irradiating microwave (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Kumada, T.Morimoto, K.Hidaka, K.Amano, K.Itoh
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 99,131503 号: 13
  • DOI: 10.1063/1.3644133
  • 査読あり
• [雑誌論文] 体積及び表面抵抗を含む場の高精度電荷重畳法による電界計算 (2011)
  • 著者名/発表者名: 岩渕大行, 道念大樹, 熊田亜紀子, 日高邦彦
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｂ（電力・エネルギー部門誌） 巻: 131 号: 8 ページ: 717-718
  • DOI: 10.1541/ieejpes.131.717
  • NAID: 10030524843
  • ISSN: 0385-4213, 1348-8147
  • 査読あり
• [雑誌論文] 直流電界下におけるＧＩＳスペーサ帯電特性に及ぼす表面導電率分布の影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 道念大樹, 岩渕大行, 松岡成居, 熊田亜紀子, 日高邦彦, 武井雅文, 保科好一
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｂ（電力・エネルギー部門誌） 巻: 131 号: 7 ページ: 584-590
  • DOI: 10.1541/ieejpes.131.584
  • NAID: 10030524614
  • ISSN: 0385-4213, 1348-8147
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oscillatory Waveform Caused by Piezoelectric Vibration of Pockels Crystal and its Effective Suppression (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Matsumoto, S.Matsuoka, A.Kumada, K.Hidaka
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering 巻: Vol.6,No.1 ページ: 1-6
  • NAID: 10027629704
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of Partial Discharge in Composite Insulation System with PPLP for HTS Cable (2010)
  • 著者名/発表者名: Fatemeh Rezaeifar, Y.Suzuki, A.Kumada, K.Hidaka
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation 巻: Vol.17,No.6 ページ: 1747-1753
  • 査読あり
• [雑誌論文] The influence of residual charge on surface discharge propagation (2010)
  • 著者名/発表者名: Deng Junbo, S.Matsuoka, A.Kumada, K.Hidaka
  • 雑誌名: J.Phys.D : Appl.Phys. 巻: VOl.43,495203 ページ: 1-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] アルミニウム電極を用いたマイクロ沿面ギャップにおける絶縁破壊特性
  • 著者名/発表者名: 岩渕大行, 渡邉惇,松岡成居,熊田亜紀子,日高邦
  • 雑誌名: 電気学会基礎共通論文誌 巻: (掲載決定)
  • NAID: 130004677808
  • 査読あり
• [学会発表] Polarity effect on breakdown phenomenon across micrometer-scale surface gap with tungsten electrodes (2014)
  • 著者名/発表者名: H.Iwabuchi, S.Matsuoka, A.Kumada, K.Hidaka
  • 学会等名: IEEJ P&ES Symposium on Advanced Technology in Power Systems 2014
  • 発表場所: Tokyo, Japan (1-6)
  • 年月日: 2014-03-07
• [学会発表] Polarity effect on breakdown phenomenon across micrometer-scale surface gap with tungsten electrodes (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Iwabuchi, S. Matsuoka, A. Kumada, K. Hidaka
  • 学会等名: IEEJ P&ES Symposium on Advanced Technology in Power Systems 2014
  • 発表場所: 自動車会館、東京都
• [学会発表] Two-dimensional electron density imaging for interruption phenomenon of SF6 free arc using Shack-Hartmann type laser wavefront sensor (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Inada, S. Matsuoka, H. Ikeda, A. Kumada, K. Hidaka
  • 学会等名: IEEJ P&ES Symposium on Advanced Technology in Power Systems 2014
  • 発表場所: 自動車会館、東京都
• [学会発表] Motion analysis of partial discharge in silicone-gel (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Sato, A. Kumada, K. Hidaka, K. Yamashiro, Y. Hayase, T. Takano
  • 学会等名: IEEJ P&ES Symposium on Advanced Technology in Power Systems 2014
  • 発表場所: 自動車会館、東京都
• [学会発表] Propagation characteristic of surface discharge under AC application voltage (2013)
  • 著者名/発表者名: J.Deng, H.Ni, L.Pu, H.Mu, G.Zhang, A.Kumada, K.Hidaka
  • 学会等名: 18th ISH 2013
  • 発表場所: Seoul, Korea (PE-11, 1491-1496)
• [学会発表] Charge accumulation phenomena of GIS downsized spacer under DC field : high-resolution measurement and analysis with circuit model (2013)
  • 著者名/発表者名: H.Iwabuchi, S.Matsuoka, A.Kumada, K.Hidaka, Y.Hoshina, T.Yasuoka and M.Takei
  • 学会等名: 18th ISH 2013
  • 発表場所: Seoul, Korea (OD2-03, 696-701)
• [学会発表] Void-free encapsulation technique for semiconductor devices using silicone gel (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Sato, A. Kumada, K. Hidaka, K. Yamashiro, Y. Hayase, T. Takano
  • 学会等名: CEIDP2013
  • 発表場所: Shenzen, China
• [学会発表] Partial discharge characteristics in composite insulation systems with PPLP for HTS cable (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Kikuchi, K. Yamashita, A. Kumada, K. Hidaka, K. Tatamidani, T. Masuda
  • 学会等名: 11th EUCAS2013
  • 発表場所: Genova, Italy
• [学会発表] Calculation model of sparkover voltage with covered electrode system in dry air (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Kumada, S. Matsuoka, S. Yokoyama, K, Hidaka
  • 学会等名: 18th ISH 2013
  • 発表場所: Seoul, Korea
• [学会発表] Propagation characteristic of surface discharge under AC application voltage (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Deng, H. Ni, L. Pu, H. Mu, G. Zhang, A. Kumada, K. Hidaka
  • 学会等名: 18th ISH 2013
  • 発表場所: Seoul, Korea
• [学会発表] Study of protrusion detachment on vacuum interrupter contact surface (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Xu, K. Hidaka, E. Kaneko, A. Kumada and H. Ikeda
  • 学会等名: 18th ISH 2013
  • 発表場所: Seoul, Korea
• [学会発表] Conducting particle in vacuum interrupter: field computation and dynamic (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Xu, K. Hidaka, A. Kumada and H. Ikeda
  • 学会等名: 18th ISH 2013
  • 発表場所: Seoul, Korea
• [学会発表] Charge accumulation phenomena of GIS downsized spacer under DC field: high-resolution measurement and analysis with circuit model, (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Iwabuchi, S. Matsuoka, A. Kumada, K. Hidaka, Y. Hoshina, T. Yasuoka and M. Takei
  • 学会等名: 18th ISH 2013
  • 発表場所: Seoul, Korea
• [学会発表] Pre-breakdown phenomenon in micrometer-scale gap, (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Iwabuchi, T. Morimoto, S. Matsuoka, A. Kumada and K. Hidaka
  • 学会等名: XXXI International Conference on Phenomena in Ionized Gases (ICPIG2013)
  • 発表場所: Granada, Spain
• [学会発表] Multi-time electron density imaging over SF6 and air arc discharge around current zero (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Inada, S. Matsuoka, A. Kumada, H. Ikeda, K. Hidaka
  • 学会等名: XXXI International Conference on Phenomena in Ionized Gases (ICPIG2013)
  • 発表場所: Granada,Spain
• [学会発表] A. Kumada, K. Kikuchi, H. Ikeda, K. Hidaka, S. A. Boggs, Y. Tsuboi, T. Kisakibaru, and T. Yoshimitsu (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Kumada, K. Kikuchi, H. Ikeda, K. Hidaka, S. A. Boggs, Y. Tsuboi, T. Kisakibaru, and T. Yoshimitsu
  • 学会等名: International Electrical Insulation Conference (INSCON) 2013
  • 発表場所: Birmingham, UK
• [学会発表] マイクロギャップ放電における前駆現象 (2012)
  • 著者名/発表者名: 森本徹郎,日高邦彦,熊田亜紀子
  • 学会等名: 電気学会放電・誘電・絶縁材料・高電圧合同研究会資料
  • 発表場所: 福岡 (ED-13-6/ DEI-13-15/HV-13-47)
  • 年月日: 2012-01-28
• [学会発表] 微小ギャップ間の沿面放電現象 (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡邉惇,松岡成居,熊田亜紀子,池田久利,日高邦彦
  • 学会等名: 電気学会放電・誘電・絶縁材料・高電圧合同研究会資料
  • 発表場所: (ED-12-026/DEI-12-038/HV-12-026, 61-66)
  • 年月日: 2012-01-27
• [学会発表] 電気光学センサによる高電圧・放電現象の計測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 熊田亜紀子
  • 学会等名: 平成23年放電学会若手セミナー
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-11-25
• [学会発表] 電荷重畳法による数値電界計算の高度化-表面抵抗や体積抵抗を含む場への適用 (2011)
  • 著者名/発表者名: 熊田亜紀子
  • 学会等名: 2011年放電学会シンポジウム
  • 発表場所: 東京(招待講演)
  • 年月日: 2011-10-26
• [学会発表] Directly high voltage measuring system based on Pockels effect (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Kumada, K.Hidaka
  • 学会等名: 17th International Symposium on High Voltage Engineering
  • 発表場所: ドイツ、ハノーファー(招待講演)
  • 年月日: 2011-08-24
• [学会発表] For Advanced Measurement of Surface Charge on Insulator (2010)
  • 著者名/発表者名: Akiko Kumada
  • 学会等名: 15th Asian Conference on Electrical Discharge
  • 発表場所: Xi'an, China
  • 年月日: 2010-11-08