Developments of High-Efficiency Bearingless Drive System with Reduced Magnetic Suspension Losses

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02136
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21010:Power engineering-related
• Research Institution: Tokyo Denki University
• Principal Investigator: Sugimoto Hiroya 東京電機大学, 工学部, 准教授 (60613552)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 朝間 淳一 静岡大学, 工学部, 准教授 (70447522) ; 高村 陽太 東京工業大学, 工学院, 助教 (20708482)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ベアリングレスモータ / 磁気軸受 / 磁気支持損失 / 高速モータ / 反磁性体

Outline of Final Research Achievements

A proposed one-axis actively positioned bearingless motor successfully passes through critical speeds without touch-down up to 30,000 r/min by high acceleration. It has quite low suspension losses at 14,000 r/min, and it is 0.02% in the input power. This achievement demonstrates that the suspension loss can be reduced close to zero. In another idea of a diamagnetic graphite bearingless motor, it is very simple because the graphite rotor can be passively levitated above permanent magnet stator. It does not require any suspension powers, and rotating losses are also quite small compared to conventional bearingless motors. These achievements can be applied to bearingless motors, high-speed motors and electric machines for improving efficiencies.

Free Research Field

電気機器工学，ベアリングレスモータ，磁気軸受

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果は，提案構造の1軸制御形ベアリングレスモータと反磁性体グラファイト回転子を持つベアリングレスモータの基礎的な設計コンセプトがモータの低損失化に寄与することが実証された点であり，今後のモータの効率向上に大きく貢献することが期待されるため，社会的意義が非常に高い。また，実機試験の過程で培った磁気支持損失および回転損失の評価方法は，ベアリングレスモータの性能評価に広く適用可能である。さらに，理論に基づく数式の構築やダイナミクスモデルを作成し，計算結果と実験結果の比較を行い，理論検証を行っているため，研究成果の学術的意義は非常に高い。