電磁アクチュエータ研究室

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2022年度，JKA補助事業（研究補助）”交流モータの速度脈動を利用した振動発電デバイスおよびトルクリップル低減技術開発”

永電磁石による力学系の切り替えに基づく振動アクチュエータ・ハーベスタの広帯域化

1自由度のマスばねダンパ系の周波数応答は共振周波数で最大となります．共振からのずれは応答の著しい低下を招くため， 共振を利用した電磁アクチュエータや振動ハーベスタでは周波数応答の広帯域化が望まれています．本研究では，力学系を切り替えることで 異なる周波数応答特性を得る広帯域化法を研究しています．特に，永電磁石と呼ばれる，可変特性磁石を内包した特殊な電磁石を活用するのが特長です． わずかな消費電力のみで広帯域化できることを理論・数値計算・実験から明らかにしています．

リニア振動アクチュエータの制御法，駆動法の開発

リニア振動アクチュエータは小型・軽量な構造を有し，短いストロークでの高速往復運動が可能なことから， 電気シェーバ・リニアコンプレッサ・電動歯ブラシ・ハプティックデバイスなど幅広く応用されています． さらに，共振周波数で駆動することにより，高効率な動作が実現可能です． このようなリニア振動アクチュエータの特長を生かせるよう， 誘起電圧を利用したセンサレスでの制御法や電気的な共振と機械的な共振を組み合わせた駆動法を研究しています．

電磁アクチュエータの多自由度化

一台で多自由度の動作（直動＊３，回転＋直動，回転＊３など）を実現できる多自由度電磁アクチュエータが提案されており，その応用が期待されています． 駆動方向が拡張されることにより，コイルの配置・相数・可動部の磁石配置など様々な設計パラメータを考慮しなければなりません．また，複数方向に同時に駆動した場合に 干渉が発生することがわかっています． 多自由度電磁アクチュエータの構造提案や設計パラメータの最適化だけでなく，干渉を最小限にできる新しい制御法やモデリングを研究しています．

受動的変化を利用した可変特性磁気ダンパ

自動車のエンジンが発生させるトルクには，脈動成分が含まれており，その影響がドライブシャフトなどの駆動系に振動や音として現れます． このねじり振動の周波数はエンジンの回転数とともに変化するため，一般的な動吸振器では十分に振動を除去することができません． そこで，遠心力の大小に応じて磁気回路が変化し，結果として磁気吸引力によるばね成分が可変になるような磁気ダンパを研究しています． 外部からエネルギーを注入することなく，振動を除去できる省エネルギーなデバイスを目標としています．

結晶格子の振動モデルを応用した新原理モータ

多数の質点と非線形なばねを結合した力学系において，非線形局在モードと呼ばれる特殊な振動モードが生じることが固体物理学の分野で発見されました． 振動エネルギーの局在や移動，分裂など興味深い性質を示すことから，様々なスケールでの工学的応用が盛んに研究されています． 結晶格子のようなミクロスケールではなく，モータのようなマクロスケールで非線形局在モードを応用し，これまでとは全く異なる原理で動作できる 特殊なモータを提案することを目指しています．

アクチュエータシステムへの機械学習の応用

画像処理や音声認識，自動翻訳などの分野で人工知能などの活用が盛んになっています． 制御パラメータの調整，モータ負荷の故障予兆診断や劣化診断，モータ開発設計期間の短縮化など，電気機器の分野にも機械学習が徐々に適用されてきています． 機械学習を用いて，アクチュエータのゲインをアダプティブに調整する制御法や，アクチュエータ負荷の劣化や故障を，アクチュエータ内の内部情報のみで推定する 技術について研究しています．