| 研究課題/領域番号 |
17K00659
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| 研究機関 | 秋田大学 |
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研究代表者 |
渋谷 嗣 秋田大学, 理工学研究科, 教授 (00154261)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 損傷モニタリング / 磁性エラストマー / 環境エネルギー回収 |
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| 研究実績の概要 |
風力発電においては，近年，風車の出力を大きくするために風車は大型化し，最大では風車ブレード直径が100mを超えるものまで作られ，近年飛躍的に大きくなっている。また，温暖化などの環境の変化から大型の台風の出現頻度も増加している。風力発電用ブレードの大型構造に関する破損や損傷に検出のために，構造の応答を常時モニタリングするための磁性エラストマーの変形を利用した環境発電（Energy Harvest）とブレードの能動的減衰について検討することを目的としている。
平成30年度は発電用風車ブレードの損傷モニタリングと磁性エラストマーを用いた構造物の能動的減衰と環境発電の試験を計画し実施した。風車ブレードの損傷モニタリングの評価のために，風車ブレードについてCFRPの表皮と多孔質樹脂のコアからなる翼断面を有する数値モデルを作成し，損傷進展に対する動的応答について検討した。構造物の振動応答は加振外力により変化することから損傷の影響を捉えることは難しいので，構造の固有の特性であり加振外力に影響されない固有振動モードおよび周波数に着目した評価を行った。その結果，損傷のない健全な状態の固有振動特性を基本として，損傷を模擬した構造の結果と比較することによって損傷の推計が可能であることがシミュレーション結果からわかった。また，磁性エラストマーの変形と磁気特性を利用した発電と減衰システムを構築し，特性試験を行った。磁性エラストマーは柔軟な磁性材料として機能を統合化した小型の振動エネルギー回収装置として有効であるが，エラストマーをマトリックスとしているため発生する磁束密度が比較的小さいことから，得られる発電量は小さい。そのため，磁性エラストマーの磁気特性を補強するために磁気回路中に大きな磁場密度を持つ永久磁石を配置した構造の採用し，発電量を増加することができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
平成30年度は発電用風車ブレードの損傷モニタリングと磁性エラストマーを用いた構造物の能動的減衰と環境発電の試験を計画に対して，磁性エラストマーを用いた小型の振動エネルギー回収装置について磁性エラストマーの磁気特性を補強するために磁気回路中に大きな磁場密度を持つ永久磁石を配置した構造の採用もより発電量を増加できた。しかし，風車ブレードのCFRPの表皮と多孔質樹脂のコアからなる翼断面を有する数値モデルを作成し，損傷進展に対する動的応答の検討に関する成果が得られたが，風車ブレードの模擬構造に対する実験検証まで至らなかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
風車ブレードの能動的減衰機能を有する損傷モニタリングのために，構造に配置したセンサからのデータモニタリングシステムを構築し，損傷進展に対する動的応答に対する風車ブレードの模擬構造に対する実験検証を行い，ＩｏＴ技術に活用する。また，磁性エラストマーを用いた小型の振動エネルギー回収装置について，ＩｏＴのセンサへの電力供給システムについて有効性を示す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成30年度は発電用風車ブレードの損傷モニタリングと磁性エラストマーを用いた構造物の能動的減衰と環境発電の試験を計画に対して，損傷進展に対する動的応答の検討に関するシミュレーションの成果が得られたが，風車ブレードの模擬構造に対する実験検証まで至らなかったので，次年度使用額が生じた。次年度使用額は風車ブレードの能動的減衰機能を有する損傷モニタリングのために，構造に配置したセンサからのデータモニタリングシステムを構築し，損傷進展に対する動的応答の変化を検出するための風車ブレードの模擬構造に対する実験検証のために使用する計画である。
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