ギャップ磁束による磁気軸受のセンサレス制御

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電磁石のギャップ磁束密度と電流を用いて変位を推定し,それをフィードバック信号とした1自由度非接触位置決め機構の精度の検討を行った.以下に結論を示す.(1) 電磁石の先端にホール素子を取り付けた1自由度制御型の位置決め機構を試作した.(2) 上記機構にて,高精度センサを用いた位置決め制御時に得られる磁束密度と電流値からリアルタイムで変位を推定し,高精度変位センサから得られる変位と比較した.その結果,推定変位分解能80nm,直線範囲±0.15mm以上,周波数応答特性の誤差は,0〜100Hzの範囲で,ゲインで3dB,位相で50°以内であった.(3) 推定分解能は,磁束計測時に電気回路に混入する電源ノイズ(50Hzノイズ),また,推定変位の100Hz以上の周波数帯域に見られるゲイン・位相の推定誤差は,電流センサと磁束密度センサの周波数応答特性の違いに依存していることを確認した.(4) 推定変位をフィードバック信号として位置決め制御を行い,位置決め分解能100nm,0.1mmのステップ応答の実現,温度変化に対する浮上安定性3.0mm/℃を確認した.今回の実験で検証された変位推定精度ならびに位置決め精度は,高精度静電容量型変位計を用いる場合と比較して不十分である.更なる位置決め精度向上のためには,磁束密度の高精度計測方法の検討,100Hz近傍の周波数領域から見られる推定変位誤差の修正方法の検討が必要である.