2016 Fiscal Year Annual Research Report
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16H02324
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
千葉 明 東京工業大学, 工学院, 教授 (30207287)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
朝間 淳一 静岡大学, 工学部, 准教授 (70447522)
土方 規実雄 東京都市大学, 工学部, 助教 (70710507)
竹本 真紹 北海道大学, 情報科学研究科, 准教授 (80313336)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ベアリングレスモータ / 磁気浮上 / 磁気軸受 / 磁気支持 / 非接触 / シングルドライブベアリングレスモータ / 一軸能動制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は３年計画の一年目に当たり、以下の３つの解決すべき問題点に対して、１軸能動制御のベアリングレスモータの基本的な構想の発案を行った。すなわち、１ 高速化問題：いかにして危険速度を乗り越えて高速回転を実現するのか。２ 高剛性化問題：能動制御しない運動方向の剛性を、いかにして向上するのか。３ 大型化問題：いかにすれば大型化してトルクを向上できるのか。
すなわち、３万r/min の高速化（現状1 万r/min がトップ）、100N/mm の高剛性化（世界トップ50N/mm）、750W（現状30W 程度）の高出力化を目標にした。これらの問題を解決する糸口となる可能性がある方式を各大学で検討し、また、組織的に連携することにより、よりよい方法を模索した。
東京工業大学においては、「100N/mmの半径方向の受動剛性を持つ，新しい1軸制御ベアリングレスモータの構造を提案し，3次元有限要素法磁界解析を用いて設計を行い，試作機を製作した。北海道大学においては、磁気軸受を適用した一軸能動制御磁気浮上モータを提案した。
静岡大学においては、三相インバータ1台のみで駆動可能な1軸制御形ベアリングレスモータ（9スロット6極）を提案している．本年度は，受動支持部の永久磁石径を大きくすることで，非制御方向の剛性を増大し，危険速度を通過し，1万r/min（電気的周波数では3倍の500Hz）での磁気浮上回転を達成した．
東京都市大学においては、東京都市大学においては、750 Wの出力を持つ1軸制御ベアリングレスモータの基礎検討として，東京工業大学で設計されたベアリングレスモータの体格を，①相似拡大，②大径化した場合について3次元有限要素法磁界解析を行い構造の検討をした。
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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
初年度において、各研究分担者らで、各問題を解決する糸口を模索し、以下のように進捗し、おおむね、当初の計画通り進捗している。
東京工業大学においては、回転子を扁平構造にすることで，回転トルクと能動的な軸方向力を発生させるベアリングレスモータ部の半径方向の不平衡吸引力を最小限に抑えることができ，受動型磁気軸受を小型化できることが明らかになった。結果的に，トルク密度は従来の2軸制御ベアリングレスモータと同等程度に向上することが可能であることが明らかになった。
北海道大学においては、高速化を問題としてとらえ、制御性が良く、制御が簡単な磁気軸受方式の一軸能動制御を提案し、電磁界解析で確認を行った。
静岡大学においては、共振点を通過できずにタッチダウンする問題があった．そこで，外乱の要因となりうるトルク脈動を，モータ磁石間に隙間を設けることで低減し，さらに受動支持部の永久磁石の径を大きくすることで，非制御方向の剛性を増大し，その結果として，1万r/min（電気的周波数では3倍の500Hz）までの加速を達成し，おおむね順調に進行していると言える．
東京都市大学においては、扁平な回転子構造を持つ1軸制御ベアリングレスモータの体格を，①相似拡大，②大径化したそれぞれの場合で，750 Wの出力を達成できることを確認した。また，大型化により，スラスト方向磁気支持力に対して受動磁気軸受部で生じるスラスト方向排斥力が上回るが，構造的に可動範囲を制限することで対処できることを確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は基本的な設計の確認を行うとともに、試作機の製作を行い、実証する。また、有機的に連携を行い、３つの問題の一つだけを解決するだけでなく、２つあるいは３つを同時に解決する方法を模索する。すなわち、各大学では、以下を実施する。
東京工業大学においては、製作した試作機の組み立てを行い，静止浮上試験を行う。また，浮上回転試験を行い，提案構造の原理検証を行う。能動的な磁気支持力，半径方向及び傾き方向の剛性，回転トルクを測定し，基礎特性を実験的に明らかにする。得られた研究成果は，学会等で積極的に発表する。
北海道大学においては、提案方式の試作を行う。
静岡大学においては、さらなる高速化を図る．具体的には，新たに零相電流を磁気浮上制御に用いた新しい一軸制御型ベアリングレスモータを提案し，10万r/minでの回転を目指す．まず，理論計算と有限要素磁界解析，および回路シミュレータにより，モータとインバータ回路の設計を行う．次いで，プロトタイプとテストベンチを製作し，磁気浮上回転試験を行い，提案モータ構成の有用性を示す．
東京都市大学においては、平成28年度の解析結果をもとに，750 Wの出力を持つベアリングレスモータの試作機の機械設計および製作を行う。さらに，実機試験により出力やトルク，磁気支持力の特性を調査し，解析結果との比較・検証を行う。また，並行して，スラスト方向変位の制御により能動的に共振による振動を低減する新しいモータ構造の検討を行う。
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Research Products
(6 results)
