磁石の運動制御を利用した反発形磁気浮上機構の開発

利用磁体运动控制开发斥力磁悬浮机构

• 批准号: 09875062
• 负责人: 水野 毅
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Saitama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09875062/
• 关键词: 磁気浮上; 磁気軸受; 永久磁石; 運動制御; 反発形磁気浮上; 振動制御; 圧電アクチュエータ; 位置決め制御; I-PD制御

本研究では,永久磁石反発形磁気浮上において,支持側磁石をリニアアクチュエータで駆動・支持する新しい形式の磁気浮上機構の開発を行った.開発した磁気浮上機構は,以下の2つに形式に大別することができる.(1) 反発力の働く方向にアクチュエータを挿入する.(2) 反発力と垂直な方向(横ずれ方向)にアクチュエータを挿入する.(1) の形式の機構としては,浮上方向の位置と振動の超精密制御機能とを備えた1自由度の磁気浮上機構を開発した.(2) の形式の機構については,以下のような研究を実施した.まず,磁気浮上式倒立振子の設計・製作を行った.具体的には,重力の代わりに永久磁石間の横ずれ力を不安定化力とした倒立振子を試作した.試作した装置は.水平軸回りの回転運動の自由度を持つレバー(振子に相当する)に永久磁石を取り付け,この磁石に対向して反発力が働くようにもう一つの永久磁石を配置し,この磁石の水平方向の運動をアクチュエータによって制御するという構造を持っている.なお,アクチュエータとしては圧電素子を用いて,その変位をてこによって拡大する機構を設けた.つぎに上記の実験装置において,レバーの変位を検出し,PD制御を行うことによって横ずれ方向の安定化に成功した.さらに,積分補償を施すことによって,精密な位置決めを機能を実現できることを実証した.つぎに,永久磁石反発形磁気浮上を利用した軸受装置を試作した.この装置では,支持物体(回転体)の半径方向の4自由度の運動を永久磁石の反発力によって支持すると同時に,支持側磁石自体をアクチュエータによってアキシャル方向に運動させ,支持物体のこの方向の運動を横ずれ力によって制御する構造となっている.アクチュエータとしては,ボイルコイルモータを使用した.この装置において,PD制御を施すことによって回転体の完全非接触支持に成功した.

This study で は, permanent magnet 発 magnetic 気 float on に お い て, lateral support magnets を リ ニ ア ア ク チ ュ エ ー タ で 駆, support す る new し い form の magnetic 気 float on institutions の open 発 を line っ た. Open 発 し た magnetic 気 は floating on the institutions, the following 2 つ の に form に comparing す る こ と が で き る. (1) the 発 force の 働 く direction に ア ク チ ュ エ ー タ を scions into す る. (2) the 発 force と な vertical direction (horizontal ず れ direction) に ア ク チ ュ エ ー タ を scions into す る. (1) の form の institutions と し て は, floating direction の position と vibration の ultra-precision suppression function と を prepared え た 1 degree of freedom magnetic 気 の float on institutions を open 発 し た. (2) の form の institutions に つ い て は, the following の よ う な research を be applied し た. ま ず, magnetic 気 float type inverted oscillator の on design, production line を っ た. Specific に は, gravity の generation わ り に の cross between permanent magnet ず れ を not stabilization forces と し た handstand oscillator を attempt し た. Attempt し は た device. Horizontal axis back り の の planning movement dof を hold back つ レ バ ー (oscillator に quite す る) permanent magnet に を り pay け, こ の magnet に polices to し て anti 発 force が 働 く よ う に も う a つ の permanent magnet を configuration し, こ の magnet の horizontal の movement を ア ク チ ュ エ ー タ に よ っ て suppression す る と い う tectonic を hold っ て い る. な お, ア ク チ ュ エ ー タ と し て は 圧 electric element child を with い て, そ の - a を て こ に よ っ て company, big す る institution を incorporated け た. つ ぎ に written の be 験 device に お い て, レ バ ー の - a を 検 し, PD suppression を line う こ と に よ っ て transverse ず れ direction の stabilization に successful し た. さ ら に, integral compensation を shi す こ と に よ っ て, precision な Function of position of め を を be presently で き る こ と を card be し た. つ ぎ に, permanent magnet against 発 magnetic 気 floating を using し た shaft device を try from a し た. こ の device で は, support object planning body (back) の radius direction の 4 dof の movement を permanent magnet の anti 発 force に よ っ て support す る と に at the same time, the support side magnet autologous を ア ク チ ュ エ ー タ に よ っ て ア キ シ ャ に direction ル さ せ, support object の こ の direction の を transverse ず れ force に よ っ て suppression す る tectonic と な っ て い る. ア ク チ ュ エ ー タ と し て は, ボ イ ル コ イ ル モ ー タ を use し た. こ の device に お い て, PD suppression を shi す こ と に よ っ て back planning body to の complete non-contact support に し successfully た.

项目成果

Mizuno,T.: "Repulsive Magnetic Bearing Stabilized by the Motion Control of Permanent Magnets for Suspension" Proc.6th International Symposium on Magnetic Bearings. 133-142 (1998)

Mizuno,T.：“通过悬浮永磁体运动控制稳定的排斥磁力轴承”Proc.6th 国际磁力轴承研讨会。

水野・関口・荒木: "永久磁石の運動制御を利用した反発形磁気軸受機構の開発(第2報:制御方法の検討)" 第5回「運動と振動の制御」シンポジウム講演論文集. 235-238 (1997)

Mizuno、Sekiguchi 和 Araki：“利用永磁体运动控制开发排斥磁力轴承机构（第二次报告：控制方法研究）”第五届“运动和振动控制”研讨会论文集 235-238（1997 年）。

Mizuno,T.: "Repulsive Magnetic Levitation System Using a Piezoelectric Actuator for the Motion Control of Levitation Magnets" Proc.4th International Conference on Motion and Vibration Control. 1107-1112 (1998)

Mizuno,T.：“使用压电执行器对悬浮磁铁进行运动控制的排斥磁悬浮系统”Proc.4th 国际运动与振动控制会议。

水野・関口・荒木: "永久磁石の運動制御を利用した反発形磁気軸受機構の開発" 第9回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム講演論文集. 509-510 (1997)

Mizuno、Sekiguchi 和 Araki：“利用永磁体运动控制开发排斥磁力轴承机构”第 9 届“与电磁力相关的动力学”研讨会论文集 509-510（1997 年）。

水野 毅: "永久磁石の運動制御を利用した反発形磁気軸受に関する研究(アキシャル方向の安定化制御)" 日本機械学会論文集(C編). 64・628. 4717-4722 (1998)

Tsuyoshi Mizuno：“利用永磁体运动控制的排斥磁力轴承的研究（轴向稳定控制）”日本机械工程学会会刊（ed.C）4717-4722（1998）。