クリーン環境用天井クレーンのための高推力リニアモータの研究

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【研究目的】本研究では,クリーンルームで資材や機器等を移動する天井クレーンを取り上げ,その駆動装置としてリニア同期モータを用いることの優位性を提案する。さらにそのリニア同期モータの問題点である磁気吸引力を積極的に用いて天井クレーンの場合に有用に働く構造について検討する。【研究方法】リニア同期モータのネオジム永久磁石,巻線,強磁性体ブロックの寸法や形状による様々な構造に対して数値解析を行い,高駆動力となる構造を見出すとともに,可搬重量の範囲についても検討する。数値計算は3次元境界積分方程式法に基づいて行う。【研究成果】巻線側を固定子とし,永久磁石側を可動子とした。可動子はバックヨークと複数のネオジム永久磁石から成り,磁極表面に強磁性体ブロックを張り付ける。主に4極3スロットと4極6スロットの2つの構造について数値計算を行った。モータ長144mm,磁石幅36mm,スロット深さ36mm。巻線は集中巻線で高さ29.5mmとし,3Armsの電流を流す。また,積厚40mm,エアギャップ1mmである。強磁性体ブロックなしでは,磁石高さ4mmで最大147N,磁石高さ6mmでは163N。高さ2mmの強磁性体ブロックを張り付けると磁石高さ4mmで175Nの推力が得られた。磁石高さを高くするより,強磁性体ブロックを張り付ける方がより効果的であることがわかった。電流0のときの最低の磁気吸引力は約1400N。電流を流すと,同期が脱調した状態の電気負荷角180°のときが最も小さく約800Nの磁気吸引力となる。したがって,どんな状況でも約80kgfの磁気吸引力が吊り上げ力として利用できることがわかった。よって,磁気吸引力を吊り上げ力として十分利用できることがわかった。また,レールの摩擦力も減るのでリニア同期モータの天井クレーンへの適用は有効だと考えられる。