鉄ガリウム合金を用いた球面モータの高性能化に関する研究.pptVIP

A-7　磁歪素子を用いた　　　 マイクロ球面モータの　　　 駆動特性の評価 知能電気機器研究室 電気電子システム工学科 澤村　一樹　 発表内容 １．球面モータ 　　　　?球面モータとは 　　　 ?従来技術 ２．研究目的 ３．励磁電流による磁歪の伸縮 ４．測定装置 ５．変位特性の測定 ６．まとめと今後の課題 １．球面モータ １個のモータで多自由度の回転 コンパクトで制御性が良い 従来の技術 ２．研究目的 球面モータの構成 作製したモータの写真 バイアス磁気回路 ３．励磁電流による磁歪の伸縮 ロッドの磁歪特性 1方向への回転原理 ４．測定装置 磁歪ロッド先端部形状 ５．変位特性　(球座加工) 変位特性　(段差加工) ノコギリ波電流を流した時の時間応答(段差加工) 駆動条件 ６．まとめと今後の課題 まとめ ご静聴ありがとうございました 球座加工と段差加工での比較 磁石なしでの変位特性 球座ヨークあり(段差加工) 球座ヨークあり(球座加工) 損失 球面モータの作製手順 超音波球面モータ 磁気回路 * * ●球面モータとは ●用途 ロボットの目や関節の回転駆動として期待 ●小型化できると??? 医療?工業用の内視鏡や災害現場での救助に用いる超小型CCDカメラ駆動用アクチュエータ として使える。 図1 球面モータ 小型化が難しく、実用化されていない 図2 圧電式超音波球面モータ 図3 電磁型球面モータ 10mm 20mm ○部品点数の多さ　○保持機構が必要 欠点 複雑な動きをするマニピュレータなどへの研究がされている ○共振駆動　　　　○高電圧駆動　　　○脆い 鉄ガリウム合金を用いて従来にない　　　　○シンプル　　　○小型　　　　　　　　　　　　○保持機構が不要　　　○低電圧駆動　　　球面モータを開発しその医療応用を目指す 本研究では従来にない3mm径の球面モータを作製し、その駆動特性を評価した ○延性材料　　　　　　　　○高い透磁率　　　　　　　○機械加工性が良い 鉄ガリウム合金 図5 球面モータの断面図 図4 球面モータの構成図 A1 A2 B2 B1 1mm 1mm 図6 作製した球面モータ N S A 1 A 2 磁石の起磁力により磁束が通る 磁歪が発生 磁歪によりロータは鉄ガリウム合金に吸着保持 保持機構が必要ない 図7 磁力線図 N S A 1 A 2 磁束の向きが同じ ?磁束が増加 磁束の向きが逆 ?磁束が減少 伸び 縮み 微小回転 図8 ロッドA1,A2励磁時の磁力線図 A1,A2 磁石 図9 電流-変位特性　（磁石なし） 図10 電流-変位特性（磁石あり） 伸び 縮み 図11 コイルに流す電流とロータの駆動角度 滑りが生じる ① ② ノコギリ波電流の１周期で微小回転する ①周波数10Hz,±0.4Aの正弦波電流時の変位 ②周波数1kHz,±0.1Aのノコギリ波電流時の変位 図12 測定装置 図13 球座加工 図14 段差加工 ギャップの大きさに違い 磁気抵抗の点から同じ電流値で球座加工の方が大きな磁束が通る 球座加工の方が少ない起磁力で磁束が通る 面接触 点接触 図15　ロッドA1,A2の変位特性 図16　ロッドB1,B2の変位特性 ±0.15~0.2Aほどで飽和値 図17　ロッドA1,A2の変位特性 図18　ロッドB1,B2の変位特性 ±0.3Aほどで飽和値 図19　ロッドA1,A2の時間応答 図20　ロッドB1,B2の時間応答 周波数5kHz,流す電流±0.2A以上で駆動確認 A方向への駆動 B方向への駆動 今後の課題 ○残り3個の駆動する条件を調べる ○移動体速度?トルクの測定 ○3mm径の球面モータを作製　　　　　　　　　　　　　○球座加工?段差加工したモータの変位特性の測定 ?どちらも変磁したバタフライ曲線が得られた ○ノコギリ波電流を流し駆動させた ?周波数?電流を変化させることで駆動できた ●変位特性 ●ノコギリ波電流印加時の変位 ?両方において対抗するロッドでの伸縮が生じた ?立ち上がり、立下りでの傾きは段差加工の方が緩やか 両方のモータでノコギリ波電流の緩やかな立ち上がりと急な立下りに合わせてロッドの伸縮が発生していた 変位だけを考えると２方向に駆動が可能 しかし??? 実際に駆動させてみると理想的に２方向に動かなかった 段差加工 球座加工 冶具となる磁性体 作製補助用の冶具 4個の溝に　接着剤を塗る 補助冶具を外して溝の周りに強力な接着剤を塗る 鉄ガリウム合金を接着し補助冶具に押さえつけるように固定する 鉄ガリウム合金にコイルを取り付ける 中心部にヨーク?磁石を取り付けロータを取り付ける 鉄ガリウム合金の加工方法 　?切削作業 先端の加工方法 　?光電加工 金属材料を各種旋盤を用いて切削し、所定の