| 研究課題/領域番号 |
21H04556
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分21:電気電子工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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研究代表者 |
藤本 康孝 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (60313475)
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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
41,730千円 (直接経費: 32,100千円、間接経費: 9,630千円)
2023年度: 16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円)
2022年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
2021年度: 13,520千円 (直接経費: 10,400千円、間接経費: 3,120千円)
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| キーワード | アクチュエータ / 減速機 / 回生効率 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
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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| 研究成果の概要 |
アクチュエータでは、ロボットなど小型で大きなトルクが必要となる用途において1/100程度の大きな減速比の減速機が用いられている。従来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%であり、繰り返し動作の多い産業用ロボットではエネルギー損失が課題である。本研究では、遊星歯車と内歯車の歯数差を可能な限り小さくした遊星数１の差動型2K-H複合遊星減速機の効率を最適化計算により最大化した。これを実現する新構造の減速機を３種類製作し比較を行ったところ、効率測定実験では最大効率は約10%向上し84%であった。また、周波数解析により偏心による振動の影響を明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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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