| 研究課題/領域番号 |
19K04266
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
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| 研究機関 | 茨城工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
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)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2020年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2019年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | 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 / 磁気浮上 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
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。そこで、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を開発し、それを用いた磁気浮上ターボポンプを開発する。そのために１軸磁気軸受群からなる磁気軸受・モータ・セルフベアリングモータの協調制御、複数の渦電流センサ使用時におけるセンサの同調動作に関する研究を行い、磁気浮上ポンプを開発する。
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| 研究実績の概要 |
本年度、１軸磁気軸受群による磁気浮上ポンプの実現に向け、電磁石８個を用いた形状のセルフベアリングモータの試作とそれを用いたポンプの試作を開始した。
電磁石８個化とするため、ロータの制御に用いる電磁石とロータの位置を検出する渦電流センサや回転角を検出するホールセンサが増えるため、電磁石とセンサを対として考えてきたものをそれぞれのシステムとして分けて故障保証をすることとし、新たに渦電流センサシステムを開発することとした。開発した渦電流センサシステムは、同調法による方法を採用し発振回路、同調回路、検波回路、センサコントローラから構成される。本システムでは複数個の渦電流センサを狭い範囲で使用するため、干渉を避けるため同一発振回路からの発振波を使用している。耐故障性を高めるため予備の発振回路を設け、センサコントローラにより状態を確認し、発振回路を切り替える仕組みを備えた。
セルフベアリングモータの電磁石の交換時，ロータにはロータの永久磁石により取り除かれた電磁石の反対方向に引く力が働く。磁気浮上を維持したまま、より安定に電磁石を交換するためには、交換時に発生する磁気浮上に影響する径方向力が小さいほうが良い。電磁石コアの分割電磁石方式を検討した。電磁石の突極部分を電磁石ホルダに残しつつ，コイルを巻いた鉄心部分のみを交換可能にする方法である。磁場解析を用いて取り外し時の不均衡力が減少することを確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
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。コロナ禍の影響で研究に大幅な遅れが生じてしまったため、研究期間を延長し２０２３年度も引き続き行った。
２０２３年度は、①、③と④の項目の研究を行った。電磁石８個化した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の実現のため、渦電流センサシステムの開発、セルフベアリングモータの電磁石形状の検討、電磁石８個を用いた形状のセルフベアリングモータの試作とそれを用いたポンプの試作を開始した。電磁石８個化した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の試作形状を模索するための時間を多く費やした。また、コロナ禍による研究遅延を取り戻すことはできなかったため、研究の進捗は当初の計画から遅れてしまっている。研究期間を再度延長し２０２４年度において、セルフベアリングモータとそれを用いた磁気浮上ポンプの実現を目指す。
現在までの進捗状況から２０２４年度に③④の項目を行うことなるため「遅れている」と考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
２０２４年度において、昨年度試作を開始したセルフベアリングモータとそれを用いた磁気浮上ポンプを完成させる。電磁石が故障したときの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。
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