2002 Fiscal Year Annual Research Report

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

Research Project

Project/Area Number	13450090
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	谷順二東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30006192)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	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)
Keywords	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
Research Abstract	本研究では、超磁歪材料と圧電材料を機械的に結合した電磁変換素子を制作し、それを用いて永久磁石の吸引力を制御し、新しい磁気浮上システムを構築するための基礎研究を行った。電圧を圧電材料に加えることにより発生する歪や力を用いて、超磁歪材料に力を加え歪ませることにより透磁率を変化させることができる。この効果を用いた電磁変換素子を磁気回路中に挿入し、磁気吸引力を制御できることを理論解析と実験により明らかにし、新しい磁気浮上システムのコンセプトを提案・試作した。これまでに、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、磁気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。本年度は、新しい磁気浮上システムの性能向上のため、ワークステーションを用いて最適設計のシミュレーションを行い、電磁変換素子の改良を行った。次いで、振動測定システムを用いて浮上実験を行い、性能試験を行った。その結果、本電磁変換素子は十分に実用化が可能な性能を有することが明らかになった。

Research Products

(6 results)

All Other

All Publications (6 results)

[Publications] Toshiyuki Ueno, Jinhao Qiu, Junji Tani: "Device of magnetostrictive and piezoelectric materials for magnetic force control"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 258-259. 490-492 (2003)
[Publications] Toshiyuki Ueno, Jinhao Qiu, Junji Tani: "Magnetic Circuit Design Method for Magnetic Force Control Systems Using Inverse Magnetostrictive Effect : Examination of Energy Conversion Efficiency Depending on ΔE Effect"Electrical Engineering in Japan. Vol.140 No.1. 8-15 (2002)
[Publications] Toshiyuki Ueno, Jinhao Qiu, Junji Tani: "Self-Sensing Magnetic Force Control by Composite of Ciant Magnetostrictive and Piezoelectric Materials"Proceedings of The Sixth International Conference on Motion and Vibration Control. Vol.2. 1081-1085 (2002)
[Publications] 上野敏幸, 裘進浩, 谷順二: "超磁歪・圧電材料の複合素子によるセルフセンシング磁気力制御方法"第14回「電磁力関連のダイナミックス」シンポジウム. 675-678 (2002)
[Publications] 上野敏幸, 裘進浩, 谷順二: "超磁歪材料と圧電材料の積層化による電磁力制御素子"第14回「電磁力関連のダイナミックス」シンポジウム. 703-704 (2002)
[Publications] 村井正徳, 谷順二, 裘進浩, 国井弘毅, 矢口博之: "ハードディスクドライブ用二段サーボ方式ヘッドアームの制御"東北大学流体学研究所報告. 第13巻. 1-9 (2002)

2002 Fiscal Year Annual Research Report

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

Principal Investigator

谷 順二 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30006192)

Research Products

[Publications] Toshiyuki Ueno, Jinhao Qiu, Junji Tani: "Device of magnetostrictive and piezoelectric materials for magnetic force control"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 258-259. 490-492 (2003)

[Publications] Toshiyuki Ueno, Jinhao Qiu, Junji Tani: "Magnetic Circuit Design Method for Magnetic Force Control Systems Using Inverse Magnetostrictive Effect : Examination of Energy Conversion Efficiency Depending on ΔE Effect"Electrical Engineering in Japan. Vol.140 No.1. 8-15 (2002)

[Publications] Toshiyuki Ueno, Jinhao Qiu, Junji Tani: "Self-Sensing Magnetic Force Control by Composite of Ciant Magnetostrictive and Piezoelectric Materials"Proceedings of The Sixth International Conference on Motion and Vibration Control. Vol.2. 1081-1085 (2002)

[Publications] 上野 敏幸, 裘 進浩, 谷 順二: "超磁歪・圧電材料の複合素子によるセルフセンシング磁気力制御方法"第14回「電磁力関連のダイナミックス」シンポジウム. 675-678 (2002)

[Publications] 上野 敏幸, 裘 進浩, 谷 順二: "超磁歪材料と圧電材料の積層化による電磁力制御素子"第14回「電磁力関連のダイナミックス」シンポジウム. 703-704 (2002)

[Publications] 村井 正徳, 谷 順二, 裘 進浩, 国井 弘毅, 矢口 博之: "ハードディスクドライブ用二段サーボ方式ヘッドアームの制御"東北大学流体学研究所報告. 第13巻. 1-9 (2002)

谷順二東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30006192)

[Publications] 上野敏幸, 裘進浩, 谷順二: "超磁歪・圧電材料の複合素子によるセルフセンシング磁気力制御方法"第14回「電磁力関連のダイナミックス」シンポジウム. 675-678 (2002)

[Publications] 上野敏幸, 裘進浩, 谷順二: "超磁歪材料と圧電材料の積層化による電磁力制御素子"第14回「電磁力関連のダイナミックス」シンポジウム. 703-704 (2002)

[Publications] 村井正徳, 谷順二, 裘進浩, 国井弘毅, 矢口博之: "ハードディスクドライブ用二段サーボ方式ヘッドアームの制御"東北大学流体学研究所報告. 第13巻. 1-9 (2002)