Research Project
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
通常の磁気軸受では、バイアス電流を供給してロータの平衡点近傍で線形近似を行い、線形制御を適用していた。しかし、バイアス電流により磁極には常に磁場が形成されているため、この磁場中をロータが回転するとロータには磁場変動が作用する。これにより、ロータには磁場変動を打ち消すように渦電流が発生し、回転損失となる。提案している非線形制御は電磁石吸引力が非線形であることを考慮した方法であるため、線形化のためのバイアス電流が不要である。非線形制御は、ロータが離れた方の電磁石にのみ電流を供給し、近づいた方の電磁石には制御電流を流さない。制御に必要な磁場以外を発生させないために、ロータが受ける磁場変動が減り渦電流による回転損失が最小限に抑制できる。本研究では、以前より提案していた手法をさらに省電力とするため改変した。従来方法では、ロータの位置と速度の情報を元に使用する電磁石を4つの場合分けで切替えていたが、場合分け判断のために演算量が多くなり、高速なサンプリング周期では処理時間を圧迫していた。そこで、使用する電磁石の切り替えをその時点で必要な力の正負で判断することにした結果、場合わけは2つとなり高速なサンプリング周期に対応可能となった。また、定常回転時の電力供給を最小にすることを目的として、ロータが平衡点近傍にある場合には弱い力で支持し、大きく変位した場合には制御器のばね係数を切り替えて支持力を大きくする方式を採用した。これにより、磁場の発生を極力抑えることができるため渦電流損失を小さくすることが可能となる。さらに、変位信号から回転同期成分とその整数倍の成分を除去することを目的としてPLL(Phase-Locked Loop)とVCO(Voltage Controlled Oscillator)により回転数を正確に同定、除去する手法を開発した。これらの有効性をシミュレーションによって確認した。
