感温磁性体を用いた高推力アクチュエータ

本研究では，小型で大きな定常推力を発生する目的で，永久磁石と感温磁性体の組み合わせに着目している．これまでに，大きな定常推力と高応答な運動生成の両立を目的とした，感温磁性体・電磁ハイブリッドアクチュエータの設計・製作を行い，実験的にその特性を調べた結果，バイアス力の発生と運動制御性能において良好な特性が得られたものの，消費電力の大きさが問題となっていた．そこで本年度は，定常時における消費電力の低減を重要な課題と捉え，その解決を主な目的とした．本アクチュエータでは，発生力を維持する際には感温磁性体の温度を一定に維持するための電力が必要となり，これは感温磁性体表面から散逸する熱量によって決定される．すなわち，感温磁性体周囲の断熱により，定常時における消費電力の削減が可能になると考えられる．そこでまず，アクチュエータを真空チャンバー内に配置し，真空雰囲気とすることで断熱性能の向上を図った．結果として，26.3 Nの荷重を搭載した場合において，大気中での消費電力が14.8 Wであったところが0.2 Paの真空中で1.92 Wとなり，大幅な低減が実現された．また，同体格の電磁アクチュエータと比較した場合の優位性が示された．次に，より簡便な方法で消費電力の低減を図るため，常圧の断熱ガスを用いる方法について検討した．真空チャンバー内にキセノンガスを封入したところ，消費電力は5.64 Wとなった．真空を用いた場合ほど大きな効果は得られなかったが，大気中での消費電力と比較した場合には低減効果が確認される．さらに，アクチュエータの鉛直制振メカニズムへの応用を想定し，制振制御実験を行った．制振制御系としてスカイフック制御系を用い，1 kgのおもりを搭載した状態で実験したところ，高周波領域において理論値に比べて制御性能の劣化は見られたものの，アクティブ制振制御の実現が確認された．

本研究では，小型で大きな定常推力を発生する目的で，永久磁石と感温磁性体の組み合わせに着目している．これまでに，大きな定常推力と高応答な運動生成の両立を目的とした，感温磁性体・電磁ハイブリッドアクチュエータの設計・製作を行い，実験的にその特性を調べた結果，バイアス力の発生と運動制御性能において良好な特性が得られたものの，消費電力の大きさが問題となっていた．そこで本年度は，定常時における消費電力の低減を重要な課題と捉え，その解決を主な目的とした．本アクチュエータでは，発生力を維持する際には感温磁性体の温度を一定に維持するための電力が必要となり，これは感温磁性体表面から散逸する熱量によって決定される．すなわち，感温磁性体周囲の断熱により，定常時における消費電力の削減が可能になると考えられる．そこでまず，アクチュエータを真空チャンバー内に配置し，真空雰囲気とすることで断熱性能の向上を図った．結果として，26.3 Nの荷重を搭載した場合において，大気中での消費電力が14.8 Wであったところが0.2 Paの真空中で1.92 Wとなり，大幅な低減が実現された．また，同体格の電磁アクチュエータと比較した場合の優位性が示された．次に，より簡便な方法で消費電力の低減を図るため，常圧の断熱ガスを用いる方法について検討した．真空チャンバー内にキセノンガスを封入したところ，消費電力は5.64 Wとなった．真空を用いた場合ほど大きな効果は得られなかったが，大気中での消費電力と比較した場合には低減効果が確認される．さらに，アクチュエータの鉛直制振メカニズムへの応用を想定し，制振制御実験を行った．制振制御系としてスカイフック制御系を用い，1 kgのおもりを搭載した状態で実験したところ，高周波領域において理論値に比べて制御性能の劣化は見られたものの，アクティブ制振制御の実現が確認された．