2024年度 学院等開講科目 工学院 システム制御系
電磁アクチュエータ学
- 開講元
- システム制御系
- 担当教員
- 藤田 英明
- 授業形態
- 講義 (対面型)
- メディア利用科目
- -
- 曜日・時限
(講義室) - 月1-2 (M-107(H113)) / 木1-2 (M-107(H113))
- クラス
- -
- 科目コード
- SCE.R381
- 単位数
- 200
- 開講時期
- 2024年度
- 開講クォーター
- 2Q
- シラバス更新日
- 2025年3月14日
- 使用言語
- 日本語
シラバス
授業の目的（ねらい）、概要
本講義では，モータや電磁石など広く応用されている電磁力を活用したアクチュエータについて，各機器の基礎原理と基本的な動作特性を習得する。本講義では，各種アクチュエータの応用と役割，直流モータの構造と原理，リアクトルの基礎，電磁石，変圧器，誘導モータ，同期モータ，永久磁石同期モータ，ブラシレスDCモータおよびステップモータについて講述する。
現在，多くの機械は従来の回転機（モータ）やリニアモータ，電磁石等の電磁力を活用した機器（アクチュエータ）で駆動されている。電気自動車や電気鉄道などの主な動力源として使われる場合だけでなく，コピー機やプリンターの紙送りのような補助的な可動部分を動かしている場合もある。したがって，現在の電磁アクチュエータは，歯車やカムなどの機構部品と同じように広く用いられており，電磁アクチュエータそのものを開発・制御する場合だけでなく，機械の一部に応用する場合でも，その原理や特性を知っておく必要がある。このような観点から，本講義は，電気系以外の学生であっても，必要となる機器や制御方法を選択できる様になることを目的としている。
到達目標
本講義を履修することによって次の能力を修得する。
1) 基本的な電磁アクチュエータの構造，動作原理，基本特性を説明できる。
2) 基本的な電磁アクチュエータの基本的な動作特性を計算できる。
3) 基本的な電磁アクチュエータの使用方法と制御方法を説明できる。
4) 基本的な電磁アクチュエータの基本的な制御特性を計算できる。
5) 駆動対象となる機械の特性・要求に合わせて，適切な機器を選択できる。
キーワード
電磁力，磁気エネルギー，制御特性，直流モータ，誘導モータ，同期モータ，電磁石，ステップモータ，変圧器，リアクトル
学生が身につける力
- 専門力
- 教養力
- コミュニケーション力
- 展開力 (探究力又は設定力)
- 展開力 (実践力又は解決力)
授業の進め方
毎回の授業では，まず基本的な原理や制御法，解析手法などを説明し，講義内容に関する議論と発表を行う。
授業計画・課題
| 授業計画 | 課題 | |
|---|---|---|
| 第1回 | 電磁アクチュエータの応用と役割 各種のアクチュエータ，電磁アクチュエータの特徴，応用 | 周囲の電磁アクチュエータについて報告する。 |
| 第2回 | 直流モータの構造と原理 極対数，トルク，誘導起電力，損失とパワーフロー | 直流モータの特性改善と構造の関係についての議論 |
| 第3回 | 直流モータの静特性 巻線方式，トルク-回転速度特性， | 直流モータの種類と応用に関する議論 |
| 第4回 | 直流モータの動特性 直流モータの伝達関数，速度制御，位置制御 | 直流モータの制御と過渡解析 |
| 第5回 | 磁気回路の基礎 磁界と磁束，インダクタンス，磁性材料，磁気等価回路，磁気エネルギー | 磁気回路の復習 |
| 第6回 | 磁気エネルギーと電磁力 電磁力の原理，直流励磁と交流励磁，アクチュエータの構造と特性 | 簡単な電磁石の設計 |
| 第7回 | 変圧器の基礎 変圧器の構造，理想変圧器，実際の変圧器，変圧器の特性 | 簡単な変圧器の設計 |
| 第8回 | 交流モータの基本原理 回転磁界，起電力，トルクの発生原理 | 回転磁界を発生する方法・条件に関す議論 |
| 第9回 | 同期モータの基礎 同期モータの構造，等価回路，基本特性 | 同期モータの動作条件と基本特性の関係の考察 |
| 第10回 | 同期モータの過渡応答と制御 過渡等価回路，過渡応答，基本的な制御法 | 同期モータの制御応答とその改善に関する議論 |
| 第11回 | 永久磁石同期モータ 永久磁石の特性，構造とリラクタンストルク，制御法 | 永久磁石モータの最大トルク制御の特性計算 |
| 第12回 | 誘導モータの基礎 誘導モータの構造，等価回路，基本特性 | 誘導モータの回路パラメータと特性の関係の議論 |
| 第13回 | 誘導モータの制御 V/f一定制御，すべり周波数制御，ベクトル制御 | 誘導モータの制御方法とその実装についての議論 |
| 第14回 | ブラシレスDCモータとステップモータ ブラシレスDCモータの構造，制御法と特性，スッテプモータとその特性 | 応用に合わせたモータ選択についての議論 |
準備学修(事前学修・復習)等についての指示
学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。
教科書
講義資料はOCW/iにて配布する。
参考書、講義資料等
宮入庄太 「最新電気機器学」 （大学講義） 丸善 ISBN-9784621080894
金東海 「現代電気機器理論」 ISBN-9784886862808
成績評価の方法及び基準
各回の講義内レポート (70%），最終レポート（30%）による。
関連する科目
- SCE.E201 ： 電気回路基礎
- SCE.C202 ： フィードバック制御
- LAS.P103 ： 電磁気学基礎１
履修の条件・注意事項
工学院電気電子系の学生および電気機器工学の単位を既に取得した者は履修できない。
物理学の電磁気学，電気回路基礎，フィードバック制御などの講義を履修していることが望ましい。