プロセス機器におけるIT化対応のための空気圧発電機構に関する研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650272
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 藤田 壽憲 東京工業大学, 精密工学研究所, 助手 (70242279)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川嶋 健嗣 東京工業大学, 精密工学研究所, 助教授 (40300553) ; 香川 利春 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (50108221)
• Keywords: 流体制御 / 空気圧 / プロセス機器 / 発電器 / バイブレータ / 効率解析 / 静圧軸受

Research Abstract

プロセス計測・制御の分野においては,自動監視や遠隔操作などIT化が先陣を切って進められている.しかしながら,その環境は防爆領域であることが多く,プロセス機器の駆動源としては空気圧が使用されており,IT化に必要な電気的なインフラ整備が遅れているのが現状である.そこで本研究では,空気圧を電気エネルギーに変換する機構について提案し,これを実現することを目的としている.提案する発電機構はピストンとシリンダのみで自励振動を発生する空気圧バイブレータの先に,磁石とコイルを取付けることによって発電するシンプルな機構であり,プロセス機器に組み込みが可能であることを目標とする.今年度は,この発電機構を試作して,下記の研究を実施した.
1.発電効率の分析と高効率化
無論,発電器には,高効率であることが望まれるが,シリンダ寸法,コイル素線径など,効率を支配するパラメータは数項目にも及ぶ.したがって,システムとして効率を総合的に解析する必要がある.シミュレーションによりパラメータと効率変化との関係を調べ,最高効率点があることがわかった.現在,シミュレーションにより高効率化のおおよその方向性がえられているが,理論的な裏付けを得るために解析を引き続き行っている.
2.静圧軸受機構の検討
本発電機構の寿命は,ピストンの軸受部で決まると予想される.これを回避するために静圧軸受機構による非接触化について検討した.発電器の軸受として必要な性能,製作の容易さを考慮して,テーパ形状と,ステップ形状の静圧軸受について解析を行った.高剛性が得られる最適な形状が存在することが明らかになり,これを実験により確認した.これらを通して,非接触化が可能であるとの結論に達し,長寿命化の見通しが得られた.

Research Products

• [Publications] 藤田壽憲, 香川利春, 他2名: "空気圧,電気エネルギー変換器の効率解析"SICE'02 第41回学術講演会予稿集. (CDROM). (2001)
• [Publications] 藤田壽憲, 香川利春, 他2名: "空気圧制御弁のための静圧軸受に関する研究"平成13年秋季フルードパワーシステム講演会講演論文集. 55-57 (2001)