《機械》〈メカトロニクス〉[H25:問7]アクチュエータに関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★★★☆（やや難しい）

次の文章は，メカトロニクス分野でのアクチュエータに関する記述である。文中の\( \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ \)に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選びなさい。

メカトロニクス分野で多用されているアクチュエータの一つである\( \ \fbox {　 （１） 　} \ \)は，基本的には同期モータである。位置検出回路を用いず，外部からパルスが与えられたとき，そのパルスの数に対応した角度又は距離の制御を\( \ \fbox {　 （２） 　} \ \)ループで行うことができる。このためパルスモータとも呼ばれ，磁気回路の要素によって，次のような種類がある。

a.パーマネントマグネット形

回転子に永久磁石，その外側の固定子に鉄心及びコイルを配置したもので，コイルに電流を流すと磁界が発生し，回転子と固定子との間の磁気による吸引力及び反発力によって回転子が回転する。

b.\( \ \fbox {　 （３） 　} \ \)

パーマネントマグネット形の永久磁石の回転子に代わって，歯車形の高透磁率材料を用いている。固定子の配置角度と回転子の極数が異なるため，固定子の磁界によって，\( \ \fbox {　 （４） 　} \ \)が小さくなる位置まで回転子が回転する。さらに空隙面に細かな歯を切った構造のものもあり，誘導子形と呼んでいる。

c.ハイブリッド形

上記のa，b の方式を複合した構造であり，回転子の中央に円筒形の永久磁石を配置し，その両端を歯車状の鉄心で挟み込んでいる。上記の両方式の長所を合わせもち，ステップ角を小さくとることができ，また，\( \ \fbox {　 （５） 　} \ \)トルクが得られる。

〔問7の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　2 \ 相サーボモータ　　　　　　　&（ロ）&　ステッピングモータ \\[ 5pt ] &（ハ）&　大きな　　　　　　　&（ニ）&　電気抵抗 \\[ 5pt ] &（ホ）&　2 \ 重フィードバック　　　　　　　&（ヘ）&　\mathrm {DC} \ サーボモータ \\[ 5pt ] &（ト）&　小さな　　　　　　　&（チ）&　可変リラクタンス形 \\[ 5pt ] &（リ）&　磁気抵抗　　　　　　　&（ヌ）&　クローズド \\[ 5pt ] &（ル）&　オープン　　　　　　　&（ヲ）&　滑　り \\[ 5pt ] &（ワ）&　連続形　　　　　　　&（カ）&　可変リアクタンス形 \\[ 5pt ] &（ヨ）&　粘性抵抗 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

メカトロニクスからの問題です。本問を選択される方はかなり少数派であると思います。ステッピングモータはその名の通り，ステップ的に動くことができるモータでイメージとしては時計の針のような動き方のできるモータです。

1.ステッピングモータ
ステッピングモータはステップ的に動くことができるモータで，モータの回転角度は，入力パルスの数に比例します。回転子の構造の違いで以下の3種類があります。

①可変リラクタンス形(VR形)
回転子に歯車形の軟磁性体を用いたモータです。最も古くから利用されているステッピングモータで，固定子巻線で励磁され，それに回転子の歯が引き寄せられることによって回転します。

②パーマネントマグネット形(PM形)
回転子に永久磁石を用いたモータです。回転子は歯車の代わりに永久磁石のN極とS極を交互に並べられたような構造をしています。回転子が磁化されていることによって磁束強度が増大されるため、トルク特性が向上します。

③ハイブリッド形(HB形)
回転子の中央に円筒形の永久磁石を配置し，その両端を歯車状の鉄心で挟み込んだ構造をしています。パーマネントマグネット形よりも，ステップ分解能及びトルク性能に優れた特性を持ちます。

【解答】

(1)解答：ロ
題意より，解答候補は（イ）\( \ 2 \ \)相サーボモータ，（ロ）ステッピングモータ，（ヘ）\( \ \mathrm {DC} \ \)サーボモータ，となると思います。題意に沿うのはステッピングモータとなります。

(2)解答：ル
題意より，解答候補は（ホ）\( \ 2 \ \)重フィードバック，（ヌ）クローズド，（ル）オープン，となると思います。オープンループ制御とは、位置に対するフィードバック制御が必要ないということを意味します。

(3)解答：チ
題意より，解答候補は（チ）可変リラクタンス形，（ワ）連続形，（カ）可変リアクタンス形，となると思います。ワンポイント解説「1.ステッピングモータ」の通り，ステッピングモータとしてあるのは可変リラクタンス形となります。

(4)解答：リ
題意より，解答候補は（ニ）電気抵抗，（リ）磁気抵抗，（ヨ）粘性抵抗，となると思います。ステッピングモータに関連するのは磁気抵抗となります。

(5)解答：ハ
題意より，解答候補は（ハ）大きな，（ト）小さな，（ヲ）滑り，となると思います。ワンポイント解説「1.ステッピングモータ」の通り，ハイブリッド形は大きなトルクを得られることができます。