Development of precision actuators to overcome the motor-constant dilemma for dual-stage actuators

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本研究の対象とする2段アクチュエータは、長距離移動可能なリニアモータと精密アクチュエータで構成され、定速移動中の精密モーションを実現する。従来のシステム性能が「モータ定数ジレンマ」で制限されることを明らかにしてきた。そこで、このモータ定数ジレンマを打破するために、モータ定数を適時調整する精密アクチュエータを提案した。本年度は、シミュレーション及び試作機の製作と力センサを用いた計測実験による評価を行った。提案する精密アクチュエータの開発のため、磁気の有限要素解析(FEM)を行い、適切なコイルの巻き数や鉄心の寸法、材料を決定した。決定した設計パラメータを基に、部材の選定を行い、提案する精密アクチュエータの試作機を製作した。さらに、アクチュエータをドライブする電圧アンプも製作し、2023年度のフィードバック制御で重要となる精密位置センサの選定も行った。製作した精密アクチュエータが、提案通りにモータ定数を調整できるか検証するため、FEMによるシミュレーションを行った。さらに、力センサを用いた実験を行った。結果として、シミュレーションと実験のどちらにおいても、モータ定数をリアルタイムで調整できることが確認できた。実験では、設定したモータ定数の最小値と最大値を比較して、約5.8倍に調整できることが明らかになった。これにより、モータ定数ジレンマを打破する精密アクチュエータの実現可能性が示された。次年度では製作した精密アクチュエータのモーション精度を評価し、フィードバック制御を開発する。さらに、製作した精密アクチュエータに制御器を実装し、モータ定数を調整した場合のモーション精度への影響を実験により調べる。