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平成25年度AEM学会 著作賞受賞
次世代アクチュエータ原理と設計法
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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）
定価： 3,080円（本体2,800円＋税）
判型： A5
ページ数： 282 ページ
ISBN： 978-4-904774-04-5
発売日： 2013/6/22
管理No： 7
- 書籍紹介 -
モーター等、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）
こちらの書籍を購入された方は下記書籍も購入されています
  • 省エネモーターの原理と設計法
  • モーターの騒音・振動と対策設計法
  • 家電用モーター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ー、トルクセンサー、アクチュエータ、リニアモーター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、センサーなどの研究に従事。

【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・モーター

  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ー
    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ーの回転速度－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　バーニアモーター
    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　センサー
    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　超音波モーター
    2. 4-2　磁歪モーター
    3. 4-3　誘導モーター
    4. 4-4　同期モーター
    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ー
      1. 5-1-1　球面同期モーター
      2. 5-1-2　多面体にもとづく球面モーター
    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ー
    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：「磁気ギアードモーターのコギングトルク特性」，電学論D-132，No.6，pp.673-681，2012年
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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
  • 新口昇，平田勝弘，早川裕一：「表面磁石型磁気減速機の伝達トルク特性に関する研究」，電学論D-131，No.3，pp.396-402，2011年
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  • 新口昇，平田勝弘：「磁気減速機の渦電流損失特性」，日本AEM学会論文誌，Vol.19，No.3，pp.578-584，2011年
  • 新口昇，平田勝弘：「スリップ特性を利用した磁気ギアードモーターの設計」，第24回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム，18A2-4，pp.488-494
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  • J.Tellinen，et a1. : “Basic Properties of Magnetic Shape Memory Actuators”, Actuator2002，pp. 527-530, 2002.
  • http://www.adaptamat.com/products/demos/

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