| Project/Area Number |
23K26062
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| Project/Area Number (Other) |
23H01367 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
朝間 淳一 静岡大学, 工学部, 教授 (70447522)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉元 紘也 東京電機大学, 工学部, 准教授 (60613552)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000)
Fiscal Year 2025: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2024: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
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| Keywords | ベアリングレスモータ / 不等歯ピッチ / 磁気軸受 / 磁気浮上 / モータ / パワーメカトロニクス |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，不等歯ピッチコア構造を採用した磁気浮上ベアリングレスモータの設計手法の確立と実機による有用性の実証，さらに試作モータを流体機械等に適用し，実用化の道筋をつけることを目的とする．モータに磁気浮上機能を統合したベアリングレスモータの固定子コアにおいて，歯と歯の間隔の一部を広くする不等歯ピッチコア構造を新たに提案し，変位センサをその拡張部分に埋め込むことで，これまでの機器応用時の構造的制約を解消し，実用化へのブレイクスルーを目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度は，半径方向2自由度制御方式の四相非対称アウターロータ形ベアリングレス永久磁石モータにて，歯と歯の間隔の一部を広くする不等歯ピッチコア構造を新たに設計した．非接触渦電流式変位センサをその拡張部分に埋め込むことで，従来，回転子の外側に設置した変位センサのスペースを省くことで，システム全体の小形化を図る．具体的には，12スロット10極の表面磁石形ベアリングレスモータに対して，0度と90度の位置にスペースのある2変位センサモデル，0度，120度，240度の位置にスペースのある3変位センサモデル，90度毎にスペースのある4変位センサモデルを検討した結果，零電流支持力脈動が最も小さい4変位センサモデルを選定した．選定モデルに対して，さらに四相（a,b,c,d相）非対称統合巻線の各相をどのように選択したらよいかを，トルクと支持力の観点から起磁力分布を基に検討し，試作モデルを設計した．具体的には，四相対称分割巻線モデルでのトルクと支持力を基準に，非対称にしても同等のトルクを維持しつつ，かつ磁気浮上が可能な十分な支持力を得るように，四相を選択した．次いで，テスト機を試作した．固定子コア外径は66mm，積厚は18mm，回転子は表面磁石形で積厚は14mmとした．固定子コアにコイルを施し，非磁性体リングのポケットに角形磁石を差し込んだ回転子を軟鉄バックヨークと嵌合し，4か所の歯の間に渦電流変位センサを設置し，テスト機を試作した．なお，変位センサのターゲットは回転子の非磁性体リング表面である．磁気浮上回転試験の結果，回転子は1000rpmまで磁気浮上回転に成功した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
半径方向2自由度制御方式の四相非対称アウターロータ形ベアリングレス永久磁石モータについては，4変位センサモデルの選定と，四相非対称統合巻線の選択，さらにはテスト機の試作と磁気浮上回転の成功などから，当初の計画通り，おおむね順調に進呈していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
半径方向2自由度制御方式の四相非対称アウターロータ形ベアリングレス永久磁石モータについては，制御パラメータおよび制御則を見直し，1万rpmまでの安定した磁気浮上回転を目指す．さらに，本コンセプトを，三相インバータ1台で駆動可能なラジアルギャップ単相ベアリングレスモータ，および統合巻線形アキシャルギャップベアリングレスモータに拡張し，設計，およびテスト機の試作，さらには性能評価を行う．
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