" 研究内容の紹介 -信州大学 水野・卜研究室-

アクチュエータグループ [2014年度]

↓リニア直流モータの試作機
↑デュアル可動子を有する振動アクチュエータの試作機


  • アクチュエータグループの紹介

     電気エネルギーを機械エネルギーに変換するアクチュエータと,機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機の研究を行っている。アクチュエータの高速応答化,小形化および発電機の高効率化,小形化を目標としている。

  • アクチュエータグループ 研究内容

    (1) 高速応答を目標としたリニア直流モータの検討

       リニア直流モータ(以下,LDM)は,電気エネルギーを機械エネルギーに変換することで負荷に対して直線的な運動を与える装置です。情報機器(OA機器)に使用されているラインプリンタやイメージスキャナの駆動部にはLDMが多用されています。OA機器の応答性の向上のために,LDMの高加速度化および電気的特性の改善が要求されています。
       制御の観点からは,変位に対する推力の変化が大きいことが起因して,定速性が求められる用途では問題が発生する場合があり,重要な評価項目となっています。また,可動子の剛性が低いことで,位置決め精度と応答性の低下が発生する恐れがあります。
       上記の課題を解決するために,3DCADと電磁界解析ソフトを用いてLDMの構造の提案および設計を行い,実際に試作をして特性の評価を行います。また,設計値と実測値の比較をすることで設計手法の確立を目指しています。
      図1 リニア直流モータの試作機
      投稿論文:

      [1] 卜 頴剛,井上 要,小柳津 一晃,金城 秀幸,新田 晃弘,吉田 慎太郎,水野 勉,丸山 利喜,寺島 智樹:加速度特性に着目した可動コイル形リニア直流モータの検討,第22回MAGDAコンファレンスin宮崎,PS07,pp. 351-356,2013.

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    (2) デュアル可動子を有する光スキャナ用共振形高速振動アクチュエータの研究

       光スキャナとはレーザ光を走査させるデバイスで,図1に示したバーコードリーダなどのスキャナ分野に広く利用されています。従来,光スキャナにはポリゴンミラー形やMEMSミラー形が用いられています。これらには小型化が困難であるという課題があります。
       そこで,図2に示したデュアル可動子を有する共振形高速振動アクチュエータの提案を行っています。本構造は平面構造に設計されており、デバイスの薄型化ができます。アクチュエータの可動部は可動子1と可動子2の二つ可動部を有するので,デュアル可動子と呼んでいます。可動子2は反射ミラーとなり,光走査の役割があります。可動子1は駆動部となり,永久磁石を左右対称に配置して,永久磁石の対向にある固定部にコイルとヨークが設けられています。中央にあるミラー可動部はねじりばねを介して固定部と連結しています。
       現在,駆動時におけるねじりばねへの応力を低減するための構造の提案および設計を行っています。
      図2 デュアル可動子を有する共振形高速振動アクチュエータ

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    (3) 発電デバイス

        周りの環境エネルギーを電気エネルギーとして回収するエネルギーハーベストにおいて,太陽光や風力,人の操作力を利用することが検討されています。その中で,人の操作力を電気エネルギーに変換する発電デバイスが注目されています。これらの発電デバイスをスイッチや防犯装置などに用いて無線システムを構成することで,配線作業が不要となり,スイッチの位置を自由に変更できるために注目されています。無線システムに用いる発電デバイスには,短時間で大きなエネルギーを出力することと小形化が要求されています。
       発電デバイスには大きく分けて圧電式,誘電式,磁歪式,電磁誘導式の4つの種類があります。このなかで,磁気ばねと機械ばねを利用することで短時間で高出力が得られる電磁誘導式の発電機の研究を行っています。
       現在は,図1に示した発電機の提案を行っています。
      図1 発電機
      投稿論文:
      [1] 小柳津 一晃,金城 秀幸,井上 要,新田 晃弘,吉田 慎太郎,卜 頴剛,水野 勉,:エネルギーハーベストのための電磁式発電デバイスの検討,電気学会研究会資料 マグネティクス研究会,MAG-14-31,pp. 13-18,2014.

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