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設計技術シリーズ

次世代アクチュエータ原理と設計法

監 修: 平田勝弘氏(大阪大学)
執筆者: 平田勝弘氏(大阪大学)
新口昇氏(大阪大学)
矢野智昭氏(近畿大学)
上野敏幸氏(金沢大学)
井門康司氏(名古屋工業大学)
脇若弘之氏(信州大学)
竹村研治郎氏(慶應義塾大学)
価格: 2,800円(本体)+税
判型: A5
ページ数: 282 ページ
ISBN: 978-4-904774-04-5
発売日: 2013/6/22
- 書籍紹介 -
モータ等、モノを動かす全ての元であるアクチュエータ。
現在、近未来の介護として注目されている「介護ロボット」など、現代の設計にかかせない技術です。(平成25年度AEM学会 著作賞受賞)
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  • 省エネモータの原理と設計法
  • モータの騒音・振動と対策設計法
  • 家電用モータのベクトル制御と高効率運転法

【著者紹介】

平田勝弘(大阪大学)
1982年3月大阪大学機械工学科卒業。同年4月松下電工株式会社入社。2005年大阪大学大学院工学研究科知能・機能創成工学専攻・助教授を経て、2007年同大教授、現在に至る。主として電磁アクチュエータとその制御、有限要素法を用いた電磁界解析に関する研究に従事。工学博士。2003年文部科学大臣賞(研究功績者)受賞。2006-2008年電気学会新世代の電気・磁気アクチュエータ調査専門委員会委員長。
新口昇(大阪大学)
2000年3月、大阪大学大学院工学研究科修士課程修了。同年4月、光洋精工株式会社(現・株式会社ジェイテクト)勤務。2011年4月、大阪大学大学院工学研究科・助教、現在に至る。電磁アクチュエータの研究に従事。工学博士。
矢野智昭(近畿大学)
1952年生まれ。(独)産業技術総合研究所を経て、現在、近畿大学工学部研究員。ロボット工学、アクチュエータ工学専攻。現在、球面駆動システムの研究開発に従事。博士(工学)。日本機械学会フェロー、IEEE、電気学会、日本AEM学会、日本ロボット学会正会員。
上野敏幸(金沢大学)
2001年東北大学大学院工学研究科博士課程修了。博士(工学)。日本学術振興会特別研究員、東京大学精密機械工学科特任助手、助教を経て2009年より金沢大学理工研究域電子情報学系准教授。磁歪材料を用いたアクチュエータ、振動発電技術などの研究に従事。
井門康司(名古屋工業大学)
慶応義塾大学理工学部卒。慶応義塾大学大学院後期博士課程修了。工学博士(慶応義塾大学)。日本学術振興会特別研究員、北海道大学工学部助手、名古屋工業大学助教授、准教授を経て現在、名古屋工業大学大学院工学研究科教授。専門は流体工学、機械力学、振動制御。
脇若弘之(信州大学)
信州大学工学部教授。工学博士。1974年小野測器入社、1991年~信州大学工学部、2002年より現職。磁気応用の分野で変位センサ、トルクセンサ、アクチュエータ、リニアモータなどの研究開発が専門。
竹村研治郎(慶應義塾大学)
2002年慶應義塾大学大学院理工学研究科博士課程修了。博士(工学)。慶應義塾大学理工学部助手、東京工業大学精密工学研究所助手、助教を経て2008年より慶應義塾大学理工学部専任講師。現在、准教授。アクチュエータ、センサなどの研究に従事。

【目次】

第1章 次世代アクチュエータの分類と特徴

  1. 1 はじめに
  2. 2 主な次世代アクチュエータの特徴と動作原理1)
    1. 2-1 電磁アクチュエータ
      1. 2-1-1 電磁アクチュエータの特徴
      2. 2-1-2 力の発生原理による分類
      3. 2-1-3 運動方向による分類
    2. 2-2 超磁歪アクチュエータ
      1. 2-2-1 超磁歪材料と超磁歪アクチュエータの特徴
      2. 2-2-2 超磁歪アクチュエータ動作原理
    3. 2-3 機能性流体アクチュエータ
      1. 2-3-1 機能性流体と機能性流体アクチュエータの特徴
      2. 2-3-2 機能性流体アクチュエータの動作原理
    4. 2-4 形状記憶合金アクチュエータ
      1. 2-4-1 形状記憶合金と形状記憶合金アクチュエータの特徴
      2. 2-4-2 形状記憶合金アクチュエータの動作原理
    5. 2-5 圧電・超音波アクチュエータ
      1. 2-5-1 圧電材料と圧電アクチュエータの特徴
      2. 2-5-2 駆動原理
  3. 3 次世代アクチュエータの特性比較
    1. 3-1 力-変位特性
    2. 3-2 力-駆動周波数特性
    3. 3-3 力-質量特性
  4. 4 おわりに

第2章 高調波磁束を用いた磁気減速機・モータ

  1. 1 はじめに
  2. 2 高調波磁束を用いた磁気減速機
    1. 2-1 概要
    2. 2-2 構造
    3. 2-3 磁気減速機の動作原理
    4. 2-4 減速比の選び方
    5. 2-5 磁気減速機の最大伝達トルク
    6. 2-6 磁気減速機の伝達トルク
    7. 2-7 磁気減速機の損失
    8. 2-8 試作機を用いた評価
  3. 3 磁気ギアードモータ
    1. 3-1 概要
    2. 3-2 構造
    3. 3-3 動作原理
    4. 3-4 磁気ギアードモータの回転速度-トルク特性
    5. 3-5 脱調現象を利用するための巻線設計法
  4. 4 バーニアモータ
    1. 4-1 概要
    2. 4-2 構造
    3. 4-3 動作原理
    4. 4-4 集中巻タイプの特性検証
    5. 4-5 分布巻タイプの特性検証
  5. 5 おわりに

第3章 多自由度アクチュエータ

  1. 1 はじめに
  2. 2 多自由度アクチュエータの分類
    1. 2-1 駆動方向による分類
    2. 2-2 構造による分類
    3. 2-3 制御方法による分類
  3. 3 多自由度アクチュエータの要素技術
    1. 3-1 設計・解析技術
    2. 3-2 支持・案内技術
    3. 3-3 センサ
    4. 3-4 評価
  4. 4 多自由度アクチュエータの開発動向
    1. 4-1 超音波モータ
    2. 4-2 磁歪モータ
    3. 4-3 誘導モータ
    4. 4-4 同期モータ
    5. 4-5 その他
  5. 5 多自由度アクチュエータの開発事例
    1. 5-1 産業技術総合研究所の球面モータ
      1. 5-1-1 球面同期モータ
      2. 5-1-2 多面体にもとづく球面モータ
    2. 5-2 大阪大学の球面アクチュエータ
      1. 5-2-1 インナーロータ型3自由度球面電磁アクチュエータ
      2. 5-2-2 3軸独立制御可能な球面電磁アクチュエータ
      3. 5-2-3 2軸フレーム型球面電磁アクチュエータ
  6. 6 おわりに

第4章 超磁歪アクチュエータ

  1. 1 はじめに
  2. 2 超磁歪特性とアクチュエータへの応用
  3. 3 超磁歪アクチュエータの適用分野
  4. 4 Fe-Ga合金(Galfenol)の材料特性とアクチュエータ設計
    1. 4-1 Fe-Ga合金(Galfenol)とは
    2. 4-2 Fe-Ga合金の材料特性
    3. 4-3 アクチュエータの構成
    4. 4-4 小型化のメリット
    5. 4-5 応用事例
      1. 4-5-1 骨伝導デバイス
      2. 4-5-2 球面アクチュエータ
  5. 5 数値解析による設計法
  6. 6 まとめ

第5章 機能性流体アクチュエータ

  1. 1 はじめに
    1. 1-1 磁場に応答する機能性流体
    2. 1-2 電場に応答する機能性流体
    3. 1-3 電磁場に応答する機能性流体の基礎方程式系
  2. 2 磁場に応答する機能性流体を用いたアクチュエータ
    1. 2-1 磁性流体を用いたアクチュエータの基本原理
    2. 2-2 初期の磁性流体アクチュエータ
    3. 2-3 磁性流体―弾性膜連成系によるアクチュエータ
    4. 2-4 磁性流体中の非磁性物体を利用したアクチュエータ
    5. 2-5 磁性流体―磁石系を利用したアクチュエータ
    6. 2-6 MR 流体を用いたダンパー
    7. 2-7 MR 流体を用いたブレーキ
    8. 2-8 MR 流体を用いたクラッチ型アクチュエータ
    9. 2-9 磁気混合流体を用いたダンパー
  3. 3 電場に応答する機能性流体を用いたアクチュエータ
    1. 3-1 液晶を用いたモータ
    2. 3-2 液晶ポンプ
    3. 3-3 電界共役流体(ECF)アクチュエータ
    4. 3-4 プラズマジェットアクチュエータ
  4. 4 おわりに

第6章 形状記憶合金アクチュエータ

  1. 1 はじめに
  2. 2 形状記憶合金の特性と種類
  3. 3 形状記憶合金アクチュエータの動作原理
    1. 3-1 Ni-Ti系合金
    2. 3-2 強磁性形状記憶合金
  4. 4 解析設計の動向
    1. 4-1 Ti-Ni系形状記憶合金アクチュエータの設計
    2. 4-2 強磁性形状記憶合金アクチュエータの設計
      1. 4-2-1 有限要素法による電磁場・構造の連成解析法
      2. 4-2-2 解析事例
  5. 5 形状記憶合金の応用デバイス開発事例
    1. 5-1 Ti-Ni系形状記憶合金アクチュエータ事例
    2. 5-2 強磁性形状記憶合金の応用事例
  6. 6 今後の展望

第7章 圧電・超音波アクチュエータ

  1. 1 はじめに
  2. 2 圧電効果と圧電材料
  3. 3 圧電アクチュエータ
    1. 3-1 駆動原理
    2. 3-2 構成例
    3. 3-3 特徴と応用分野
  4. 4 超音波アクチュエータ
    1. 4-1 駆動原理と分類
    2. 4-2 構成例
    3. 4-3 設計自由度の高さを生かした設計法
    4. 4-4 特徴と応用分野
  5. 5 おわりに

【参考文献】

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  • 新口昇,平田勝弘,村松雅理,加藤健太:「表面磁石型磁気伝達減速機構に関する研究」,日本AEM学会論文誌,Vol.18,No.3,pp.221-226,2010年
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