超磁歪と圧電を用いた新電磁変換素子による磁気浮上システムの研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13450090
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 谷 順二 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30006192)
• 研究分担者: 裘 進浩 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (60241585) ; 高木 敏行 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20197065) ; 荒井 賢一 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (40006268) ; 村井 正徳 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (90292284)
• キーワード: 磁気力 / 制御 / 超磁歪材料 / 圧電材料 / 逆磁歪効果 / 磁気浮上 / 磁気回路

研究概要

本年度には、超磁歪材料、永久磁石及び磁性ヨークから2つの並列磁性回路を構成し、INSTRON材料試験機により、超磁歪材料に圧縮荷重を印加できる実験装置を作製した。
超磁歪材料に加えた圧縮荷重を変化させて、磁器回路の固定ヨークと稼動ヨークとの間の吸引力を測定し、その吸引力が加えられた圧縮荷重によって変化することが確認された。
即ち、圧縮荷重によって磁気力が制御できるという新しい磁気制御の原理が確認された。
更に、圧縮荷重に対する磁気力の変化率は、超磁歪材料に加えたバイアス磁場とバイアス荷重に依存することも明らかになった。バイアス磁場とバイアス荷重を最適化することによって、最大な変換率が得られる。
また、超磁歪材料の圧縮荷重を整除するために、圧縮材料と超磁歪材料を組み合わせた複合素子を提案し、基本設計を行った。設計では、磁気回路の解析により、圧縮荷重に対する磁気力の変化率および電気エネルギーから磁気エネルギーへの変換効率を定義し、定式化を行った。
更に、変換率と変化効率が最大になるような磁気回路の設計方法を提案した。
来年度には、設計した素子を作製して、実験で変換率と変換効率を測定し、設計方法を確認する。また、作製した素子を用いて、磁気浮上制御を行う予定である。

研究成果

• [文献書誌] 上野 敏幸, 裘 進浩, 谷 順二: "逆磁歪効果を利用した磁気力制御における磁気回路設計法"電気学会論文誌A. 121巻8号. 771-777 (2001)
• [文献書誌] 上野 敏幸, 裘 進浩, 谷 順二: "超磁歪・圧電の複合化による磁気力制御用電磁変換素子とその磁気浮上への応用"日本機械学会論文集(C編). 67巻658号. 1897-1904 (2001)
• [文献書誌] T.Ueno, J.Qiu, J.Tani: "Magneto-electric composite element and its application to magnetic levitation system"Proceedings of SPIE. vol.4327. 533-540 (2001)
• [文献書誌] J.Tani, J.Qiu, T.Morita: "Functionally Graded Piezoelectric Actuators"Transactions of the Materials Research Society of Japan. vol.26 No.1. 283-286 (2001)
• [文献書誌] H.Takahashi, K.Kato, J.Qiu, J.Tani, K.Nagata: "Properties of Lead Zirconate Titanate Ceramics Determined Using Microwave and Hot-Press Hybrid Sintering Process"Japan Journal of Applied Physics. vol.40 Part1 No.9B. 5642-5646 (2001)