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

基本信息

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

项目摘要

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.

在这项研究中，我们开发了一种新型的磁性悬浮机制，该机制在永久性磁铁排斥型磁性悬浮中驱动并支撑支撑磁体。开发的磁性悬浮机制可以大致分为两种类型：（1）将执行器插入抑制作用方向上的执行器。（2）将执行器插入垂直于排斥力的方向（侧向移位方向）。作为（1）类型的一种机制，我们开发了一种一级自由磁性悬浮机制，其位置在悬浮方向和超前控制函数以进行振动。（2）对以下类型的机制进行了以下研究。首先，设计和制造了磁性倒置的摆。具体而言，使用重力，而不是重力，而是使用永久磁体之间的横向移动力作为不稳定性力。该原型设备的结构具有将永久磁体连接到杠杆（对应于摆）的结构，其旋转轴周围具有一定的自由度，并放置了另一个永久磁铁，以便对此磁体施加排斥力，并且该磁体的水平运动由Actuator控制。作为执行器，提供了一种通过杠杆扩大其位移的机制。接下来，在上面提到的实验装置中，检测到杆的位移，PD控制成功地稳定了横向移位方向。此外，已经证明可以通过应用积分补偿来实现精确的定位。接下来，构建了使用永久磁体排斥型磁性悬浮的轴承装置。该设备通过永久磁铁的排斥力在径向方向上支撑支撑对象（旋转器）的径向运动，同时通过执行器同时将支撑磁体本身移动，并通过横向移动力控制支持对象的轴向运动。沃尔·盘管电机用作执行器。该设备通过应用PD控制成功地完全支持转子，而无需接触。