2018 Fiscal Year Annual Research Report
A Novel Bearingless Motor Drive Technology for Energy-Saving
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17H04916
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
杉元 紘也 東京工業大学, 工学院, 助教 (60613552)
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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 / 磁気軸受 / 1軸制御形 / シングルドライブ / 高速モータ / 永久磁石モータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成30年度の前半は，1軸制御シングルドライブベアリングレスモータの電圧方程式からトルク及び磁気支持力を導出する理論式を構築した。試作機を用いた実機検証の中で，速度起電力からトルク係数と磁気支持力係数を同時に推定する新しい測定方法を提案した。提案方法により，巻線を開放し，タッチダウンした状態での磁気支持力係数の測定が可能となったため，従来方法と比較して測定が大きく簡素化した。提案方法により，実機を用いて理論の有用性を確認することに成功した。
ベアリングレスモータを高速化するため，危険速度を通過する必要条件を明らかにし，実機検証を行った。1軸制御形ベアリングレスモータは，半径方向と傾き方向を永久磁石の反発力のみで磁気支持しているため，危険速度で共振し振動が大きくなり，タッチダウンしてしまう問題があったが，モータの急加速により，タッチダウンせずに危険速度を通過可能であることを明らかにした。
平成30年度の後半は，前年度に試作した新しい4極回転子を用いて実験を行った。タッチダウンからのスタートアップに成功し，さらに磁気浮上した状態で20,000 r/minまでの加速に成功した。
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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
平成30年度は，1軸制御シングルドライブベアリングレスモータの電圧方程式からトルク及び磁気支持力を導出する理論式が明らかになり，さらに，実験的に理論の有用性が明らかになった。さらに，前年度試作した4極回転子を用いて実験を行い，回転子を磁気浮上させた状態で20,000 r/minまでの加速に成功したため，本研究は計画通り順調に進展している。
また，提案した理論を実機検証する中で，トルク係数と磁気支持力係数を同時に推定する新しい測定方法を発明した。さらに，モータの急加速によって危険速度を通過するための必要条件をシミュレーションにより明らかにし，実機検証によって有効性を明らかにした。タッチダウンせずに危険速度を安全に通過する方法が明らかになったため，本研究成果により高速化の道が拓けた。したがって，本研究は順調に成果を挙げている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，負荷試験を行い，効率を測定する。その際，完全非接触で磁気支持されたベアリングレスモータと機械的ベアリングで回転軸を支持したモータの効率と損失を比較し，ベアリングレス化による省エネルギー効果を定量的に明らかにする。また，2極回転子と4極回転子を用いて実験を行い，性能を比較する。さらに，低鉄損材料の固定子を用いて同様の実験を行い，性能を比較する。
また，危険速度通過の必要条件について，受動安定方向の剛性，ギャップ，アンバランス量及びモータの加速度の関係性を明らかにし，体系的な理論を構築する。
さらに，高トルク密度化した試作機について，トルク測定，浮上試験，加速試験を行い，提案構造の有効性を明らかにする。
研究成果は，IEEEの国際会議や電気学会の研究会で積極的に発表し，社会に広く発信する。
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