助成研究成果報告書Vol33

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ecroFecroF841091 αβsk1XricsγsNN ++---+Rk2X++ 15N1500ATCurrent AT 15N1300ATCurrent AT (a) X軸方向 (b) Z軸方向 SNSN(a) X軸方向の並進運動 N     SSN(b) Y軸周りの回転運動 N     SSN(c) Z軸方向の並進運動 図2 各運動方向の駆動原理 能と0.1rad以上のストロークにする．また，外形150×H200mm，質量10kg以下を目標値として，コイルと永久磁石リングの寸法を探索し，５自由度制御型磁気浮上アクチュエータを設計する． 永久磁石とコイルの材質を，それぞれネオジウムと銅に，電磁力の目標値を15Nにして，有限要素法を用いた磁場解析より磁石とコイルの寸法を探索した．永久磁石の外径が45mm，上下の段の厚さが20mm，中央の段が10mm，穴径が30mmになった．また，コイルの外形がW20×D20×H30mm，銅線列の厚さが7.5mmになった．図３にコイルの電流と発生する電磁力の関係を示す．解析結果からX方向ではコイル電流を1500AT，Z方向では1300ATにして，目標値15Nの電磁力を発生できる． 図３ コイルの電流と発生する電磁力の関係 SNSNN     SSNSNN     S134図４ 試作したアクチュエータ 図５ アクチュエータのコイル 図６ X方向の制御系のブロック線図 コイルコイルコイル永久磁石運動方向電磁力永久磁石運動方向電磁力永久磁石運動方向電磁力NNSSSSNNNNSSSSNNNNSSSSNNCoil コイルココイイルルCoilココイイルルコイルholder ホホルルダダボルダ変位センサsb22s2bsb01asa01電磁軟鉄永久磁石リングskvLsms試作したアクチュエータを図４に示す．アクチュエータの高さは190mm，幅は134mm，質量は8.0Kgである軸の長さは148mm，径は45mm，質量は0.7Kgである．軸の変位計測には，ラジアル方向が，分解能0.5m，測定レンジ4mmの渦電流式変位センサ（PU-09，AEC Corp.）を４本，スラスト方向が１本を使用する． アクチュエータのコイルの配置は図５に示され，上述のように２個１セットで直列に繋がっており，八角形のコイルホルダに取り付けられる．１セットのコイルの巻き数は670巻となる．永久磁石の材質はNb2Fe14Bとなる． 2・3 アクチュエータの制御系 図６にアクチュエータのX軸方向の制御系のブロック線図を示す．この制御系は，定常誤差の除去を目的とした積分器，安定化を目的とした分母２次分子２次のレギュレータ，コイルの応答速度を改善するための電流フィードバックループから構成される．他の方向のコントローラはX方向と同様である． 図中のmは軸の質量，cは減衰係数，kはばね定数，Lはコイルのインダクタンス，Rはコイルの抵抗，kiは電磁力・電流係数，kvは逆起電力係数である．これらのパラメータが同定され，表１に示される． − 265 −