2013 Fiscal Year Research-status Report
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25420177
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
石野 裕二 埼玉大学, 研究機構・総合技術支援センター, 技師 (50645968)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 太陽光発電 / 磁気浮上 / 磁気浮上搬送装置 / 省電力 |
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| Research Abstract |
磁気浮上搬送装置には軌道側に電磁石を並べる方法と，搬送車側に電磁石を搭載する方に分けられる．軌道側に電磁石を並べる方法であると，その軌道の距離だけ電磁石が必要となり，高コスト化の要因となっている．また搬送車側に電磁石を搭載する方法では，搬送車側に電力を供給する必要があるため，従来ではトロリー，パンタグラフなど一部接触した給電方法，または搭載するバッテリ充電のため一時的に接触を許す方法などが採られてきた．そこで本研究では太陽光発電技術とゼロパワー磁気浮上技術を融合させ，光による非接触給電を行うことで，原理的には永久完全非接触である磁気浮上搬送装置の開発を目的としている．この磁気浮上搬送装置の開発には大きく，搬送車側と軌道側の開発に分けられ，当年度の計画では搬送車の製作と，搬送車の浮上を確認するための仮軌道の製作する予定になっていた．
搬送車側の構造は，搬送車体に取り付けられた3組の磁気浮上機構により，鉛直および水平2軸回転の3自由度を能動制御しており，軌道方向以外の自由度については磁石の端効果を利用した受動安定を利用している．これら磁気浮上機構はそれぞれ電磁石と変位センサ，制御回路，電力アンプにより構成されている．またこれらに電力を供給するため，車体の側面下面には太陽電池が取り付けられており，発電された電力を一時的に貯蔵するための充電回路や周辺機器用の定電圧装置を含む電力装置を搬送車に搭載している．また仮軌道側は太陽電池に照度を与えるための蛍光灯が取り付けられた装置を制作した．本年度はこれらの製作を終え，現在太陽光発電装置を外部電源に置き換えての浮上を実現している．この研究の構想は国内学会での発表をおこない，実験結果の一部は国際学会への投稿を行っている．またこれまで行ってきた研究と，この研究の一部関連する内容において，学位論文を提出し，博士（工学）の学位取得を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初，本年度の計画では，搬送車の磁気浮上機構部分の設計及び製作，磁気浮上制御に必要な周辺機器・回路の製作，浮上用のマイコンのプログラミング，太陽光発電部分の製作，発電された電力を一時的に貯蔵するための充電回路や周辺機器に供給するための定電圧装置を含む電力装置の開発を行う予定であった．またこれら製作した磁気浮上搬送車で必要となる電力を太陽光発電により賄い，完全に非接触浮上を行うことを目標としていた．
現在までに，磁気浮上搬送車のハードウェアの製作をすべて終え，太陽光発電装置を外部電源に置き換えての3自由度浮上を実現している．製作した搬送装置は3組の磁気浮上ユニットを搭載しており，まずこの磁気浮上ユニットの低消費電力化を行った．本研究ではこれのより省電力化をはかり，3自由度で20mWをひとつの目標としていた．現在製作が終わっている磁気浮上装置の消費電力は1ユニット当たり5.2mWと，3自由度浮上時においても15.6mWと低消費電力化することに成功している．さらに，これらに電力を供給する電源回路での消費電力も，コンデンサの漏れ電力を含み2.9mWと目標していた消費電力よりも省電力化を実現できた．しかし定常浮上時における電磁石で消費される電力は330mWと，当初目標としてた200mWとすることは実現できていない．現在ここで消費される電力を低減するため，プログラミングなどの見直しを行っている．定常浮上時において消費電力が多く，太陽光発電電力のみでの浮上は現在のところ実現できていない．
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画では第2年度以降は，搬送車を軌道方向に駆動方法の開発と，磁気浮上装置のより低消費電力化する方法を検討し，必要であれば新たな装置を製作することを考えていた．
一般に磁気浮上搬送車の軌道方向への駆動は，非接触のリニアモータ式が用いられる．しかし太陽電池による発電では，浮上の為の電力とリニアモータを駆動するだけの電力を取り出すことは難しい．そのため計画では軌道にアクチュエータ用いて傾斜を持たせ，高低差を利用した移動方法とする．この水平位置の制御はアクティブ制御を施すとともに，最終位置決めは受動安定を利用した方法にきりかえる．これは軌道の終端では磁石の端効果を利用して搬送車の位置決めを行い，軌道の途中で搬送車を停止させたい場合には，軌道が自重により最大にたわむ点や，アクチュエータによって軌道を下向きに変位させた点を途中駅とする．第2年度はこの軌道の設計・製作を行い，第3年度は不具合があれば改良とその制御方法の確立を行う．これは先に述べたようにアクチュエータにより，軌道に高低差を与えられる構造とし，またこの高低差を変位センサによって取得する．周辺には蛍光灯を取り付けられる構造とし，軌道側は長さ5m程度，格納時に組み立て分解が容易なような構造とする．搬送車の軌道上位置はエンコーダなどにより取得する．また合わせて磁気浮上搬送車の省電力化を行い，より低照度環境下での浮上が可能なようにする．H26年8月に行われるオーストリア，リンツで行われる14th International Symposium on Magnetic Bearings で発表予定（査読は通過した）である．
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