永久磁石型ベアリングレスモータの負荷試験と回転子設計

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11750242
• Research Institution: Science University of Tokyo、Suwa College
• Principal Investigator: 大島 政英 東京理科大学諏訪短期大学, 電子工学科, 助手 (70233103)
• Keywords: 高速回転機 / 永久磁石機 / 磁気軸受 / ベアリングレスモータ / 不可逆減磁 / 表面貼付磁石型回転子 / 埋込磁石型回転子

Research Abstract

本研究は,表面貼付磁石型と埋込磁石型の2種類のベアリングレスモータを対象としており,以下の1,2にそれぞれの本年度の実績を記す。
1.昨年度までに地下水汲み上げポンプに用いられる実機に近い容量(11,000r/min,4kW)の表面貼付磁石型ベアリングレスモータを試作して,高速回転時でも位置制御が正しく行われ,回転軸が支持できることを確認した。本年度は,回転軸の振れ回りを小さくして位置制御巻線の電圧,電流容量を減少させるために回転軸のダイナミックバランス取りを行った。その結果,回転子の振れ回りは±60μmから±30μmになり,位置制御に要する電力は192Wから86.6Wに55%減少した。
2.埋込磁石型については,昨年度までに永久磁石の不可逆減磁に対する強度や位置制御巻線単位電流当たりの半径方向力を有限要素法により解析し,表面貼付磁石型より優れていることを明らかにした。本年度は埋込磁石型回転子を試作し,浮上試験を行った。しかし,直交する半径方向二輪の力の成分が互いに干渉して,負荷の大きさによっては回転軸の振れ回りが大きくなりタッチダウンしてしまった。干渉の原因を解明するため,有限要素法により磁場解析を行った。その結果,固定子歯部や回転子鉄心内に埋め込まれた磁石と磁石の間のブリッジ部分で磁気飽和が見られた。そこで,有限要素法の解析結果から磁気飽和を考慮して位置制御パラメータである電動機巻線と位置制御巻線間の相互インダクタンスの回転子変位に対する変化の割合を求めた。得られた制御パラメータを用いて試作機を運転し,負荷の大きさに関わらず半径方向力が干渉しないで回転軸を支持できることを確認した。

Research Products

• [Publications] 大島政英: "永久磁石型ベアリングレスモータの定数測定と負荷時の半径方向位置制御特性"電気学会産業応用部門誌. Vol.120 No.8/9. 1015-1023 (2000)
• [Publications] 長島政英: "永久磁石型ベアリングレスモータの回転子位置制御に要する電力の低減"平成12年電気学会産業応用部門大会講演論文集. II. 787-788 (2000)
• [Publications] Masahide Ooshima: "Performance Evaluation and Test Results of a 11, 000r/min, 4KW Surface-Mounted Permanent Magnet-Type Bearingless Motor"Proceedings of the Seventh International Symposium on Magnetic Bearings. 377-382 (2000)
• [Publications] 吉松林太郎: "突極付埋込磁石構造ベアリングレスモータ"電気学会リニアドライブ研究会資料. LD-00-118〜126. 1-6 (2000)
• [Publications] 大島政英: "表面貼付永久磁石型ベアリングレスモータの回転トルクと半径方向力"平成13年電気学会全国大会講演論文集. 5. (2001)
• [Publications] 山下広悠: "埋込磁石構造ベアリングレスモータα設計(I)-ロータスキューによるトルク、半径方向力脈動の軽減-"平成13年電気学会全国大会講演論文集. 5. (2001)
• [Publications] 吉松林太郎: "埋込磁石構造ベアリングレスモータα設計(II)-固定子歯の磁気飽和軽減効果-"平成13年電気学会全国大会講演論文集. 5. (2001)