振動発電に向けた新規逆磁歪材料の創成

用于振动发电的新型反磁致伸缩材料的创建

基本信息

批准号：
22KJ2194
负责人：
岡田拓
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2194/
关键词：
磁性材料磁歪逆磁歪効果振動発電逆磁歪材料

项目摘要

逆磁歪効果を利用した振動発電は、次世代電力源として期待されている。用途拡大のため発電出力の向上が望まれており、振動発電デバイスのサイズを大型化することで、発電出力を大幅に増加させることができる。しかし、現在用いられているFe-Ga合金単結晶は大型化が困難である。本研究は、圧延後の熱処理により結晶方向を配向させた方向性電磁鋼板から着想を得て、高効率かつ大型化に対応可能な逆磁歪材料の開発を目指す。本年度は、方向性電磁鋼板（Fe-Si基合金）を搭載した大型のユニモルフU字型振動発電デバイスを作製し、振動発電特性の評価を行った。このデバイスは、逆磁歪材料をU字型フレームに張り付けたユニモルフコアにコイルを巻き付け、バイアス磁場を印加するための永久磁石を設置することで構成される。デバイスの先端を振幅2 mm、周波数100 Hzのsin波で振動させた場合、16 mm x 4 mm x 0.35 mmの試料を搭載した小型デバイスの平均電力は最大で0.28 mWを示した。一方、アスペクト比一定で寸法を4倍（体積は64倍）にした大型デバイスでは、振幅8 mmの振動で36.7 mWという大きな電力を示した。このような大型化による電力の増加は定式により表すことができた。よって、方向性電磁鋼板において大型化の効果は顕著であり、高出力な大型デバイスへの応用が期待できる。また、短冊状の試料に磁場および応力を印加し、その際の磁化変化を測定する逆磁歪効果評価システムを構築した。このシステムにより、一定応力中での動的磁場による磁化変化や一定磁場中での動的応力による磁化変化が測定可能となった。

利用逆磁致伸缩效应的振动发电有望成为下一代电源。为了扩大应用范围，希望提高发电输出，通过增大振动发电装置的尺寸，可以显着提高发电输出。然而，目前使用的Fe-Ga合金单晶的尺寸很难增大。本研究旨在开发一种高效且可制得更大的反磁致伸缩材料，其灵感来自晶粒取向电工钢板，其晶体取向通过轧制后的热处理进行取向。今年，我们制作了配备晶粒取向电工钢板（Fe-Si基合金）的大型单压电晶片U形振动发电装置，并评估了其振动发电特性。该装置由一个由反磁致伸缩材料制成的单晶磁芯组成，该磁芯固定在 U 形框架上，缠绕在线圈上，并配有永磁体以施加偏置磁场。当用振幅为 2 mm、频率为 100 Hz 的正弦波振动装置尖端时，配备 16 mm x 4 mm x 0.35 mm 样品的小型装置的平均功率高达 0.28 mW。另一方面，具有恒定纵横比和四倍尺寸（64倍体积）的较大装置表现出36.7 mW的大功率，振动幅度为8 mm。由于尺寸增加而导致的功率增加可以用公式来表达。因此，取向电工钢板的大型化效果显着，有望在大型、高产量的装置中得到应用。我们还构建了一个逆磁致伸缩效应评估系统，该系统向条形样品施加磁场和应力，并测量当时的磁化强度变化。该系统可以测量恒定应力下动态磁场引起的磁化强度变化以及恒定磁场下动态应力引起的磁化强度变化。