| Project/Area Number |
21H04556
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
下野 誠通 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (90513292)
小原 秀嶺 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (50772787)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥41,730,000 (Direct Cost: ¥32,100,000、Indirect Cost: ¥9,630,000)
Fiscal Year 2023: ¥16,510,000 (Direct Cost: ¥12,700,000、Indirect Cost: ¥3,810,000)
Fiscal Year 2022: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2021: ¥13,520,000 (Direct Cost: ¥10,400,000、Indirect Cost: ¥3,120,000)
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| Keywords | アクチュエータ / 減速機 / 回生効率 |
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| Outline of Research at the Start |
小型で大きなトルクが必要となるロボットや搬送装置などで用いられる減速比1/100程度の減速機のエネルギー効率は力行動作時で約70%、回生動作時で約55%であるため、運動エネルギーを十分回収できない。本研究では、力行・回生効率ともに98%の減速機を備えた超高効率アクチュエータを提案する。減速機の力行・回生効率の理論限界の解明、および、減速機、モータ、電力変換回路からなるアクチュエータ全体の力行効率・回生効率の理論限界の解明を行う。また、超高効率アクチュエータで駆動されるロボットを備えた工場を想定し、力行動作のタイミングを適切に制御することで瞬時電力を低減する電力ネットワークのモデルを構築する。
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| Outline of Final Research Achievements |
In actuators, reduction gearboxes with a large reduction ratio of 1/100 are used in applications such as robots, which are compact and require large torque. The energy efficiency of conventional reduction gears is about 70% in power operation and about 55% in regenerative operation, and energy loss is an issue for industrial robots that require frequent repetitive motion. In this study, the efficiency of a differential type 2K-H composite planetary gearbox with a single large planetary gear was maximized by optimization calculations, in which the difference in the number of teeth between the planetary gear and the internal gear was minimized as much as possible. Three types of reduction gears with a new structure were manufactured and compared, and the efficiency measurement experiment showed that the maximum efficiency was 84%, which was improved by approximately 10%. Frequency analysis revealed the influence of vibration caused by eccentricity.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
減速機はモータのトルク不足を補う目的で用いられアクチュエータには必要不可欠な要素であるにも関わらずその効率向上の研究はほとんど行われてこなかった。ロボットや搬送機械で用いられる1/100程度の減速比の減速機については、力行動作時に30%もの損失があるばかりか、回生動作時には45%もの損失があり、実際には回生電力を利用せずに回生抵抗で熱として放出してしまっている。本研究の減速機効率の最大化手法により、ロボットや搬送装置でのエネルギー損失を低減でき、製造現場全体の大幅な省エネルギー化を実現できる。さらに、複数台組み合わせることにより瞬時消費電力の総和を抑え、負荷を平準化につなげることができる。
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