2021 Fiscal Year Annual Research Report
Design Procedure for a Bearingless Motor with Asymmetric Structure and Investigation of its Intelligent Functionality
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20H02100
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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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉元 紘也 東京電機大学, 工学部, 准教授 (60613552)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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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，一般的な三相ブラシレスDCモータを，非対称に四相化することで，どのような構造でもベアリングレス駆動を可能にする設計手法の確立を目的としている．具体的には，三相ブラシレスDCモータの結線を，四相化する際に，トルク係数は三相と同程度で，支持力係数は中程度，あるいは，トルク係数は中程度で，支持力係数は大きくなど，仕様に応じて四相をどのように選択したらいいか，を提案している．昨年度まで，三相12スロット10極のブラシレスDCモータを，トルク係数が三相と同程度で，支持力係数が中程度の四相統合巻線形ベアリングレスモータ（非対称固定子コア形）を試作し，性能評価を行い，ジャーナル論文を発表した．これを発展させ，固定子コアの歯のピッチを等間隔ではなく，非接触渦電流式変位センサを埋め込むスペースを確保するために，不等ピッチとして，いくつかの固定子コアデザインを考案し，起磁力分布を基にした理論解析および有限要素電磁界解析により，非対称不等ピッチのベアリングレスモータの検討を行った．さらに，エアギャップが非対称な新しいベアリングレスモータを提案し，2021年度は試作機を製作した．また，回転子のラジアル変位により回転子極数±2極成分が発生する原理を応用し，モータ巻線と支持巻線を持つベアリングレスモータにラジアル振動が発生した場合に，支持巻線でトルクを発生させることができることを3D-FEM解析により明らかにした．
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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
非対称ベアリングレスモータに関するジャーナル論文を発表し，さらには四相非対称不等ピッチベアリングレスモータという，新しい概念を提案し，非接触渦電流式変位センサを固定子内部に埋め込み，システム構造の簡素化を検討し，さらには非対称エアギャップ構造を有するベアリングレスモータを試作し，性能評価を実施予定であるため．
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は，非対称不等ピッチベアリングレスモータに関して，変位センサを固定子コアの歯と歯の間に埋め込むことで，ラジアル不平衡吸引力が働かないようにモータを設計し，実機試作と性能評価を行う．また，一相が断線しても，三相のみで磁気浮上が可能なようなフェールセーフ制御系を構築する．非対称磁石形では，損失分離を含めた性能評価とさらなる高速化を図る．非対称磁気ギャップ形に関しては，2021年度に製作した試作機の組立を行い，実験システムを構築し，支持巻線のみで支持力とトルクを発生する原理の実機検証を行う．また，2軸制御形ベアリングレスモータを1台の3相インバータのみで浮上回転させるための新しい制御アルゴリズムを構築する．
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