2018 Fiscal Year Annual Research Report
Innovative Techniques for Integration and High Speed Drive of Magnetically Levitated Bearingless Motors
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17H03203
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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, 准教授 (70447522)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ベアリングレスモータ / 磁気浮上 / モータドライブ / パワーエレクトロニクス / 磁気軸受 / 電気機器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，磁気浮上ベアリングレスモータにおいて，これまでにない新しいインテグレーション化と高速化を目的としている．具体的には，従来，磁気浮上巻線と電動機巻線が別々に固定子コアに施されていた巻線を，1種類の巻線に統合し，モータ構造の簡素化とトルク増大を図る．さらに，低インダクタンスである高速モータに適用可能な，定電流源モジュールを用いたマルチレベルの電流形インバータを提案し，電流リプル・損失低減を図る．
巻線統合化に関しては，三相インバータ1台のみ，かつ3コイルのみを用いて磁気浮上回転が可能な2自由度制御形ベアリングレスモータを提案している．本モータでは，三相交流電流にて回転子の2自由度制御を行い，零相電流にて回転制御を行う．テスト機を試作し，8000rpmまでの安定な磁気浮上回転に成功した．また，2自由度制御形ベアリングレスモータでは，非制御方向の共振回避が課題である．この課題に対して，追加のセンサ，部品無しで，振動抑制機能をベアリングレスモータに統合する手法を提案した．具体的には，モータのd軸電流を用いて非制御方向の剛性を可変し，共振点を通過する．テスト機を用いて，本提案手法を実証し，ジャーナル論文に成果発表した．また，一般的な三相巻線の永久磁石形モータを，四相非対称統合巻線構造を用いてベアリングレスドライブ化を行う理論を提唱している．高速化に関して，低インダクタンスのホモポーラ形ベアリングレスモータ（9スロット6極）のテスト機を用いて，10万rpmでの安定な磁気浮上負荷回転に成功している．
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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
ベアリングレスモータの巻線統合化に関して，回転子の半径方向2自由度の位置制御，および回転1自由度，合計3自由度を，三相インバータ1台で，3コイルで実現可能な，最も簡素な構造を提案し，巻線統合化に成功している．また，8スロット2極，および12スロット10極など，表面貼付形永久磁石モータの，四相非対称統合巻線構造のベアリングレスドライブ化を提案している．いずれも，理論による検討，有限要素法を用いた設計，テスト機の製作と，実機実証を行っている．また，高速化に関して，低インダクタンスの6極永久磁石モータを10万rpmで回転させる，すなわち，電気角周波数（5kHz）での駆動することに成功している．以上により，おおむね順調に進行していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
巻線統合化に関して，これまでの永久磁石形ベアリングレスモータでは，磁気浮上制御に角度検出を必要としていた．しかし，高速化に伴い，角度検出誤差が浮上安定に及ぼす影響は大きくなり，限界があると考える．そこで，磁気浮上制御に角度検出が不要な，コンシクエントポール形ベアリングレスモータの巻線統合化を図る．また，高速化に関しては，以前から提案している，定電流源モジュールを用いた三相7レベル電流形インバータの実機実証を行う．
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