2016 Fiscal Year Annual Research Report
Establishment of magnetic levitation technology utilizing magnetic stiffness minimized by magnetic field space formation and its application development
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15K13925
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
大路 貴久 富山大学, 大学院理工学研究部(工学), 教授 (30334709)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 磁気浮上 / 支持剛性 / 永久磁石 / 極低剛性 / 磁場 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度は，極低剛性化のための磁場空間形成に基づいた磁気浮上装置の浮上安定化と微小質量測定評価を最低要求として始動した。さらには磁気浮上状態に影響を与える因子の特定とその対応策の検討や，磁気浮上装置の多自由度運動テーブルへの適用可能性の検討も当初目的であった。
支持剛性を無限小とするには，3個の同形リング状永久磁石で浮上磁石を下部から反発し，上部から吸引する必要がある。しかし，今年度は前年度の知見（2個の同形リング状永久磁石（54φ×38φ×5t[mm]）と1個のリング状永久磁石（26φ×20φ×6t[mm]）による運動方向の限定）に基づく水平2軸並進制御を優先した。
本装置は，量販品（例えば，LEVISTAGE等）の鉛直方向支持剛性に比べ，約1/20（約20 N/m）と非常に小さい。この低支持剛性状態で水平2軸をPID制御し非接触浮上を確立した。制御時の工夫として，浮上磁石からの磁場変化をホールICで検出し，空芯コイルにより空間磁場を制御した。これは通常の磁気浮上制御（変位検出，力制御）よりも直観的である。微小質量測定では，鉛直方向に秤量2g, 分解能0.3g，測定範囲での十分な線形性を確認した。現状の問題として，浮上磁石の外周で磁束密度の極大，極小が存在しており，これに起因する浮上磁石の揺動，回転が発生する。これに対し，浮上磁石の回転角を検出量とし磁場不均一をモデル化に含める方法や，磁場不均一を包含してロバスト安定化を図る方法を現在検討中である。分解能の向上には，支持剛性の無限小化が必須であり3個の同形リング状永久磁石での浮上安定化を目指す。また，浮上磁石の磁場不均一は必ず残存する。後者のロバストな制御系設計による水平2軸の安定化制御を行い，これに独立な運動指令を与えつつ磁場不均一を利用した回転運動テーブルの開発研究を継続する。
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