高温超電導磁気浮上における非線形電磁力学現象の解明と解析手法の確立

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本研究では、リニアドライブやフライホイールなどの具体的な応用システムの試作研究が進められている高温超電導磁気浮上系について、その非線非電磁力学現象の解明と解析手法の確立を目指して、浮上上や振動の測定実験、非線形力額的視点からの挙動解析、第二種超電導による電磁場・電磁力の解析や数値解析を行った。まず、高温超電導材とその上に浮上する磁石からなる系の実験で、静的な浮上力の特性や、超電導体を加振したときの浮上磁力の鉛直方向の振動特性を測定した。これより、第二種超電導の電磁現象による磁気的な復元力の非線形性から予想される非線形振動特性として、共振曲線のピークの左への傾斜、加振振動数の2倍の振動成分の存在、直流成分の存在による振動中心の上方へのずれを確認した。また、振動時の復元力の剛性定数、高次の係数や減衰定数をパラメータとする非線形振動の解析的近似解について、振動特性の実験結果に最も適合するものを最小2乗法で求め、これらのパラメータを同定した。その結果、同定した動的パラメータが、静的な浮上力測定で評価した値とは異なることを確認した。これに関して、第二種超電導における磁束流の影響を考慮した巨視的な構成則に基づいて、振動時の浮上力を解析的に評価する方法を導き、これを用いて上述の差異を定量的に説明することができた。さらに、上述の構成則に基づいた第二種超電導の軸対称3次元電磁場数値解析コードをまず開発し、これを基に電磁場と浮上系の力学的挙動との連成数値解析コードを開発した。これを用いて磁場や電流の分布、鉛直方向の振動特性などを評価し、実験・解析と同様の結果を得て、本手法の妥当性を確認した。以上のことから、本研究により、高温超電導磁気浮上系の鉛直方向の非線形電磁力学現象を実験的、解析的に解明するとともに、この現象を評価する解析手法を確立することができた。