[JAC065] ボイスコイルモータの静推力解析

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最終更新日：2018-02-16

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概要

リニアアクチュエータは高速、高加減速、高い位置決め精度を実現できるため、工作機械などに使われています。中でもコアレスタイプのリニアアクチュエータは、一般にコア付リニアアクチュエータと比較して小推力ですが、コギングが発生しないため、推力変動が小さいという特性を持ちます。その特性を生かして、電子部品実装機のヘッド駆動や精密ステージの微動など、高精度な位置決めが必要な分野で用いられます。
位置決め精度にはアクチュエータの可動位置による静推力の変化が大きく関係します。また、静推力は電流値によって制御されるため、静推力の電流特性を知る必要があります。
ここでは、コアレスタイプのリニアアクチュエータであるボイスコイルモータにおける静推力の可動位置特性と電流特性を求めています。

静推力の可動位置特性

電源電流0.05(A)時の静推力の可動位置特性を図1、可動位置0(mm)、1(mm)におけるコイルのローレンツ力密度分布及び磁界分布を図2、図3に示します。
図1より、コイルが各磁極の直下にある可動位置1(mm)の状態で静推力が最大となることが分かります。図2より、可動位置1(mm)に比べ可動位置0(mm)の場合は丸印内のローレンツ力密度が小さいことが分かります。図3より、可動位置0(mm)において丸印内の磁界が弱く、向きも並進方向に対して垂直になっていないことが分かります。コイルに流れる電流の向きと大きさを一定としており、静推力(ローレンツ力)は磁界の強さと向きで決まるため、コイルの磁界分布により静推力が低下していることが分かります。