A-42 磁歪素子を用いた3軸球面モータの駆動原理と特性評価電気電子システム工学科知能電気機器研究室坂本龍介背景球面モータとは･･･ 1個のモータで多自由度の回転 従来のモータに比べ小型化，高性能化，高効率化図1 圧電型球面モータ小型化すると， 医療，工業用の内視鏡に搭載される超小型CCDカメラ マイクロロボットの関節などしかし，従来の電磁型，圧電型球面モータでは小型化が難しい目的これまでの研究で2軸球面モータを作製鉄ガリウム合金を用いた3軸球面モータを開発鉄ガリウム合金とは･･･  鉄系の磁歪材料→磁歪200～300ppm  延性材料→機械加工可能  高透磁率→小さい起磁力で動作可能小型化に有効本研究では駆動原理の検証およびその特性評価を行った球面モータの構成図2 球面モータの構成図図3 球面モータの断面図 X，Y軸回転のためのロッドの変形 z 微小回転 x 磁石の起磁力による磁束伸び磁束増加図4 ロッドの変位（X,Y軸回転）縮み磁束減少 y Z軸回転のためのロッドの変形微小回転 z x 磁石の起磁力による磁束曲げ磁束増加図5 ロッドの変位（Z軸回転）磁束減少 y 1方向への回転原理ノコギリ波電流で励磁（X，Y，Z軸回転に共通） Current (a) slow (b) rapid θ 0 Time Displacement,Angle A1 A2 θ A1 0 A2 Time (a) slow deformation (b) rapid deformation 図6 ノコギリ波電流を流した時のロッドと変位の関係 (a)緩やかな立ち上がり：ロータが微小回転 (b)急な立下り：ロータの微小回転を保持したまま元へ戻る →繰り返すことで1方向へ回転が可能作製した球面モータの写真と寸法図 1mm 図7 作製した球面モータ図8 球面モータの寸法図ロッドの変位およびロータの回転速度を測定ロッドの変位（X，Y軸回転）図9 X軸回転の変位の時間応答（周波数1kHz）図10Y軸回転の変位の時間応答（周波数1kHz） 励磁したロッド →ノコギリ波電流に追従，平均1.2mm変位ロッドの変位（Z軸回転）図11 Z軸回転の変位の時間応答（周波数1kHz） 励磁したロッド →ノコギリ波電流に追従，平均7.3mm変位 X,Y,Z軸回転でロッドがノコギリ波で変位ロータの回転速度（X，Y軸回転）図12 X，Y軸回転での回転速度と周波数の関係回転速度：約6kHz（X軸回転）,約7kHz（Y軸回転）まで比例で増加モータの駆動（X，Y軸回転）図13 X軸回転（周波数6kHz）図14 Y軸回転（周波数7kHz）ロータの回転速度（Z軸回転）図15 Z軸回転での回転速度と周波数の関係回転速度：約4kHzまで比例で増加モータの駆動（Z軸回転）図16 Z軸回転（周波数4kHz） 3軸でロータが回転まとめ，今後の課題まとめ 3軸球面モータを作製 ロッドの変位を測定 →X，Y，Z軸回転においてロッドのノコギリ波の変位を確認 ロータの回転速度を測定 →X軸回転で約6kHz，Y軸回転で約7kHz， Z軸回転で約4kHzで回転速度が最大今後の課題 回転を1軸で安定させる締め付けの機構，駆動電流の検討 トルクや駆動電圧などを測定 小型化するための駆動回路の設計および作製医療・産業分野での応用を目指すご静聴ありがとうございましたロッドの変位の測定方法ノコギリ波(±0.2V) （b）（a）（c）図10 測定装置 (a) X，Y軸回転のロッドの変位の測定 (b) Z軸回転のロッドの変位の測定 (c) ロータの回転速度の測定ロッドの磁歪特性図 X軸回転のための励磁をしたときの変位図 Y軸回転のための励磁をしたときの変位ロッドの磁歪特性図すべてのコイルにZ軸回転のための励磁をしたときの変位モータの改善点改善点 (a)締め付けリングの取り付け (b) (a) →保持力を大きく →トルクの増加 (b)スペーサの挿入 →磁石の吸引力によるロータ回転時の摩擦を低減図10 球面モータの改善図11 締め付けリングとスペーサ目次背景，目的モータの構成，駆動原理測定結果 ●ロッドの変位測定結果 ●ロータの回転速度測定結果まとめ，今後の課題１方向への回転原理ノコギリ波電流で励磁（X，Y，Z軸回転に共通） Current (a) slow (b) rapid 0 Time Displacement,Angle A1 B2 A2 θ A1，A2，B1，B2 0 Time (a) slow deformation (b) rapid deformation 図6 ノコギリ波電流を流した時のロッドと変位の関係 (a)緩やかな立ち上がり：ロータが微小回転 (b)急な立下り：ロータの微小回転を保持したまま元へ戻る →繰り返すことで1方向へ回転が可能