Lecture Notes 3

要素技術（アクチュエータ）
電気アクチュエータ
DCサーボモータ
ACサーボモータ
ステッピングモータ
油圧アクチュエータ
油圧モータ、油圧シリンダ
空気圧アクチュエータ
その他
超音波アクチュエータ、形状記憶素子、圧電素子
メカノケミカル、微生物
DCサーボモータ
回転する電機子
に電流を供給す
る接触子
フレミング左手の法則
DCサーボモータ
小型化、高性能化が
進んでいるが、ブラシ
の摩耗が大きな問題！
ブラシを必要とし
ない交流サーボ
モータが主流。
ＡＣサーボモータ
交流サーボモータの大きな特徴
・ブラシレス（保守不要）
・同期回転速度Ｎo[rpm]が電源
周波数 f に比例
モータの極数を p とすると
60 f
N0 =
p/2
回転子は回転磁界に対して
回転角δだけ遅れて回転。
Δ＝π/2のとき出力トルクが
最大となり、ＡＣサーボモー
タでは、回転磁極位置に対し
回転磁界が直交するように
制御する。
ＡＣサーボモータ（ブラシレスＤＣモータ）
圧電アクチュエータ
クウォーツのような特殊な結晶材料は電圧を与えると物理的に変形する。
逆に外力を与えて材料を強制的に変形させて電気を発生させることも可能
一般的な圧電材料：ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）
s = s ET + d 33 E
S: 歪み（無次元）, SE: コンプライアンス（m2/N）
Ｅ: 電界(V/m), T: 応力（N/ m2)
d33 : 電歪定数 (m/V)
圧電アクチュエータの適用事例
積層型圧電素子を用いたマイクロ駆動機構
左アーム
右アーム
圧電材料
（ＰＺＴ）
試料
テーブル
両端に１５０Ｖの
電圧を加えると
約10μｍ伸びる
ＤＣモータの動作原理
コイルに作用する力: (左手の法則）
F (t ) = BLI M
(1)
F: 力（Ｎ）
B: 磁束密度（Ｔ）
L: コイル有効長（ｍ）
IM: 電流（Ａ）
左手の法則
ロータトルク:
τ (t ) = rF (t ) = KT I M
(2)
r: 回転半径（ｍ）
KT: トルク定数（= rBL [NmA-1 ])
逆起電力（Back enf): （右手の法則）
e(t ) = BLv (t ) = K e θ&(t )
(3)
v: コイルの磁界に垂直な速度（m/sec）
Ke: 逆起電力定数（= rBL [Ｖsec/rad ])
右手の法則
電機子電流に関する微分方程式
dI (t )
EM (t ) = R M I M (t ) + K eθ&(t ) + LM M
dt
(4)
τ (t ) = τ m + τ L = J M θ&&(t ) + τ L
(5)
JM: 電機子慣性モーメント（Nm2）
τL: 負荷トルク（Nm）
τL=0だとすると(2)と(5)式より
IM =
J M &&
θ (t )
KT
(6)
DCモータ制御用等価回路
(6)を(4)に代入
EM (t ) = (
ここで
LM J M &&&
R J
θ (t ) + M M θ&&(t ) + θ&(t )) K e = (TeTmθ&&&(t ) + Tmθ&&(t ) + θ&(t )) K e
K e KT
K e KT
LM
RM J M
T
=
Tm =
e
機械的時定数、
電気的時定数、 Te << Tm
RM
K e KT
宿題下記のアクチュエータについて調べよ。
それぞれ駆動原理、長所、短所について言及すること。
１．形状記憶アクチュエータ
２．超音波アクチュエータ
Ａ４レポート用紙で作成・提出のこと。提出は5/25の授業始め

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