2020 Fiscal Year Research-status Report

Study on magnetic levitated self-bearing motor and magnetic levitated pump using multiple single-axis magnetic bearings

Research Project

Project/Area Number	19K04266
Research Institution	Ibaraki National College of Technology
Principal Investigator	小沼弘幸茨城工業高等専門学校, 国際創造工学科, 准教授 (90520841)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords	磁気軸受 / 磁気浮上モータ / セルフベアリングモータ / 磁気浮上ポンプ / ターボポンプ
Outline of Annual Research Achievements	ポンプを動かした状態で磁気浮上モータの修理を行うことができる磁気浮上ターボポンプを実現するために、浮上ロータの外側に１軸磁気軸受群を配置することにより故障時に取り外し交換が可能な構造とした磁気軸受とモータの機能を有するセルフベアリングモータとそれを用いた磁気浮上ターボポンプを開発する必要がある。今年度は、１軸磁気軸受群を開発する前段階として、主として１軸磁気軸受の開発を行った。６つの１軸磁気軸受を用いて磁気軸受およびセルフベアリングモータを構成することを考えており、１軸磁気軸受のそれぞれにコントローラと駆動アンプを使用することから低コスト化を図るため、コントローラと駆動アンプも安価なものを採用する必要がある。そこで、安価に手に入るマイコンボードと比較的安いＤＳＰコントローラを検討した。また、これまで駆動アンプとしてパワーオペアンプを用いていたが、熱を多く発生するため大きなヒートシンクを要し低コスト化には適していないと考えＰＷＭ駆動のアンプを検討した。また、渦電流センサについても昨年度に引き続き試作を行い異なる搬送周波数を比較し検討した。これらを用いて鉄球を浮上させる１軸磁気軸受の製作を行い、マイコンボードとＤＳＰコントローラともに鉄球の磁気浮上に成功した。ただし、ＰＷＭ駆動アンプに電流フィードバックを組み入れていなかったことが原因と考えられる不安定な挙動を示していた。また、６つの１軸磁気軸受を用いた磁気軸受の設計を行った。設計した磁気軸受は、セルフベアリングモータへの移行も想定して設計した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 本研究の計画は「①同調動作する渦電流センサの開発　②１軸磁気軸受群による磁気軸受の開発　③１軸磁気軸受群によるセルフベアリングモータの開発　④セルフベアリングモータを用いた磁気浮上ターボポンプの開発」の項目を２０１９年度に①②、２０２０年度に②③、２０２１年度に③、２０２２年度に④の項目を行うこととしていた。６つの１軸磁気軸受を用いて磁気軸受やセルフベアリングモータを構成することを考えておりコストダウンを図る必要があるため、コントローラと駆動アンプも安価なものを採用する必要がある。そこで今年度は、②に関することとして、１軸磁気軸受群を開発する前段階として、主として低コスト化を図るための検討をするために鉄球磁気浮上の１軸磁気軸受の開発を行った。検討したマイコンボードと安いＤＳＰコントローラともに鉄球の磁気浮上に成功し磁気浮上制御に使用できることを確認した。検討したＰＷＭ駆動アンプは電流フィードバックを組み入れていなかったことが原因と考えられる不安定な挙動を示していた。次年度に１軸磁気軸受で問題となったことなどの改善を図り、１軸磁気軸受群による磁気軸受の開発を行うことを考えている。現在までの進捗状況から２０２１年度に①②、２０２２年度に③④の項目を行うことなるため「やや遅れている」と考える。
Strategy for Future Research Activity	２０２１年度において、１軸磁気軸受群による磁気軸受の開発を行い複数個の渦電流センサを用いて主となるセンサアンプが故障したときにほかの１つのセンサアンプが主となり動作する方法を確立する。また、１軸磁気軸受を６個とした磁気軸受を想定しているが、初めは１個の磁気軸受が故障したとして磁気浮上制御系および修理時の磁気浮上制御系を開発する。その後、１軸磁気軸受群によるセルフベアリングモータ化への検討を行う。２０２１年度に開発する６つの１軸磁気軸受を用いた磁気軸受はセルフベアリングモータへの移行も想定した設計としているため、②の研究から③④の研究にスムースに移行できると考えている。また、②の研究を行いつつ③④の研究に関することの検討も同時に行い研究の遅れを取り戻して行く。
Causes of Carryover	コロナ禍の影響で研究代表者の校務多忙のために、学会発表などに参加できなかったこと、研究計画が遅れてしまったことがあげられる。そのため、磁気軸受の試作がまだできておらず、次年度使用額が生じた。次年度において、主に電子部品の購入費用や磁気軸受の試作費用として物品費、学会発表・参加のための旅費、投稿論文の掲載費用としてのその他費用として使用する予定である。