磁気支持応用における電気・機械システム融合化技術の動向

カテゴリ: 技術報告

論文No: 1156

グループ名: 【D】産業応用部門

発行日: 2009/06/01

タイトル(英語): Trend of Fusion Technology on Electric and Mechanical Systems for Magnetic Suspension Applications

著者名: 磁気支持応用における電気・機械システム融合化技術調査専門委員会

著者名(英語): Investigating R&D Committee on Electric and Mechanical Systems Fusion Technology for Magnetic Suspension Applications

キーワード: 磁気浮上，磁気軸受，電気機械系，超電導，反磁性／Magnetic Levitation, Magnetic Bearing, Electric-mechanical System, Super-conducting, Diamagnetism

要約(日本語): 磁気支持応用機器では、磁気浮上鉄道，人工心臓，電力貯蔵システム等に見られるように多種多様な先端的技術が利用されて実用化が図られている。これらの機器では、装置本来の目的を実現するため、新材料，新構成の電気・機械システム，新制御方式等を新たに開発して磁気支持という機能が達成されている。本委員会では、多分野にわたる技術が結集して実用化が図られる磁気支持応用機器の開発現状を「技術の融合化」という観点から調査した。　その結果、誘導反発式では乗り心地の向上と非接触給電、反磁性浮上等の磁性応用システムでは高安定化と推力付与、常電導吸引式・磁気軸受では制振・除振と信頼性向上などの技術課題に対し、三次元構造解析、同モーダル解析等の強度・振動解析技術や、GIMC（Generalized Internal Model Control），適応オブザーバ等の制御技術、磁界高調波を電力に変換する電力変換技術など、様々な先端的異分野技術で電気系システムと機械系システムが融合されていることがわかった。磁気支持応用機器の技術的課題の多くが電磁力の発生原理に起因する。本技術報告書は、リニアドライブおよび非接触支持システムに携わるの多くの研究者・技術者に役立つよう、調査結果を次のように分類して報告するものである。 (１) 誘導反発方式：磁場の移動で導体中に生じる電流と移動する磁場との間に生じる反発力による支持方式。 (２) 磁気特性を利用した磁気支持方式：磁性体の磁場が他の磁性体に作用して生じる電磁力による支持方式。 (３) 制御型磁気支持方式：強磁性体もしくは磁石に作用する電磁力をコイル励磁で制御する支持方式。 (４) ピン止め力支持方式：内部を通過する磁場をピン止め（記憶）する高温超電導体と磁石との間に生じる電磁力による支持方式。

要約(英語): Magnetic suspensions application has been succeeded in various cutting edge technologies like maglev trains, artificial hearts, power storage systems and etc. following the development of new materials, new structures of electromechanical system and new controls. We investigated current researches and developments on magnetic suspensions from the viewpoint of "fusion technology." Many technological opportunities were discovered through this investigation. For example, ride quality and non-contact power supply were the opportunities in the induced repulsion type maglev systems. In magnetism application maglev systems like diamagnetic levitation, stabilization and propulsion were also the opportunities. Further more, Vibration control and reliability were ones in electromagnetic levitation systems and magnetic bearings. In such opportunities, electric and mechanical systems were seen integrated into an electric-mechanical system by inter-field advanced technologies. These technologies were such as stiffness and vibration analysis (e.g., 3-D structure analysis and 3-D vibration modal analysis), control technology (e.g., a generalized internal model controller and an adaptive observer), power conversion technology (e.g., a conversion for harmonic waves of a magnetic field) and so on. Most of the technical opportunities for magnetic suspension applications are due to the principle of electromagnetic force generation. This report was categorized as bellow for convenience for researchers and engineers in the fields of linear drives and non-contact suspensions. (i) Induced repulsion type: Magnetic suspension by magnetically repulsive force between a traveling magnetic field and the eddy current induced by it. (ii) Magnetism application type: Suspension by magnetic force due to magnetic properties of materials. (iii) Magnetic force control type: Suspension by controlling magnetic force acting on ferromagnetic materials or magnets with coil excitation. (iv) Flux-pinning force type: Suspension by magnetic force between magnets and high temperature super conducting materials, which memorize the pattern of a magnetic field by flux-pinning effect.

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