2024 Fiscal Year Annual Research Report
モータ・波動歯車一体型新構造アクチュエータによる脚支援機器の革新的軽量化
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21K14101
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
北山 文矢 茨城大学, 応用理工学野, 講師 (50774197)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 磁気式波動歯車 / 最大伝達トルク / 機構構造解析 / 磁場解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では軽量な脚支援機器の実現を目的とし，軽量な磁気式波動歯車とブラシレスモータを組み合わせたアクチュエータを開発している。磁気式波動歯車は，軽量な磁石,ヨークから成る磁気式ウェーブジェネレータ(磁気式W/G，入力軸)，弾性体外歯車であるフレクススプライン(F/S,出力軸)，剛体内歯車であるサーキュラスプライン(C/S,固定軸)から構成される。
昨年度までに開発した磁気式波動歯車では，F/S内に磁気式W/Gを内挿する構成であったが，本年度はF/S内側およびF/S外側に磁気式W/Gを挿入する構成の磁気式波動歯車を考案した。機構構造解析と磁場解析の連成解析で最大伝達トルクを求めたところ12.4Nmであった。試作機を製作し，最大伝達トルクを測定したところ10.8Nmであった。本磁気式波動歯車装置はこれまでの開発品のうちで伝達トルク測定値が最も大きかった。これらのことから，本構造の有効性が示された。また，試作機で磁気式W/GとF/Sの接触がみられ，効率が低下した。磁気式W/Gの支持構成の変更により効率改善を図る。
研究期間全体を通じて開発した磁気式波動歯車とブラシレスモータを組み合わせた脚支援機器用アクチュエータの重量およびトルク密度は0.38 kg, 28.4Nm/kg, (主要重量，磁気式波動歯車実測値，モータカタログ値から換算)または0.38 kg, 32.6Nm/kg(主要重量，磁気式波動歯車解析値，モータカタログ値から換算)であった。脚支援機器で用いていた機械式波動歯車とブラシレスモータを組み合わせた従来のアクチュエータは1.4 kg, 28Nm/kgであり，本研究で考案したアクチュエータにより重量が減り，トルク密度が向上することを示唆した。本提案アクチュエータにより軽量な脚支援機器の実現を期待する。
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