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.

在本研究中，我们开发了一种新型磁悬浮机构，其中支撑侧磁体由永磁斥力型磁悬浮中的线性执行器驱动和支撑。所开发的磁悬浮机构可分为以下两种类型（ 1) 沿排斥力作用的方向插入执行器。(2) 沿与排斥力垂直的方向（横向滑动方向）插入执行器。(1)作为机构的一种，我们开发了单自由度磁悬浮机构，具有对悬浮方向位置和振动的超精密控制功能。(2)针对此类机构，我们进行了以下研究。首先，我们设计并制造了磁悬浮倒立摆。具体来说，我们以永磁体之间的水平剪切力而不是重力作为力，制作了倒立摆的原型。该原型装置是通过将永磁体连接到杠杆（相当于钟摆）上制成的，该杠杆具有绕水平轴旋转运动的自由度。它的结构是，在磁铁对面放置另一个永磁体，从而产生排斥力，并且该磁铁的水平移动由致动器控制。我们使用压电元件作为致动器，安装了一个放大机构。使用杠杆进行位移。接下来，在上面的实验装置中，我们检测了杠杆的位移，通过进行PD控制，我们成功地稳定了横向滑动的方向。此外，通过应用积分补偿，我们证明了可以实现精确定位。接下来，我们开发了一种采用永磁斥力型磁悬浮的轴承装置。支撑体（旋转体）径向四自由度的运动由永磁体的排斥力控制。同时，通过致动器使支撑磁体本身沿轴向移动，并通过横向剪切力来控制支撑物体在该方向上的移动。采用沸腾线圈电机作为致动器。该装置在在本文中，我们通过应用 PD 控制成功地实现了旋转体的完全非接触支撑。