研究課題/領域番号 |
20H02096
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研究種目 |
基盤研究(B)
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配分区分 | 補助金 |
応募区分 | 一般 |
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 | 埼玉大学 |
研究代表者 |
水野 毅 埼玉大学, 理工学研究科, 名誉教授 (20134645)
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研究分担者 |
高崎 正也 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (10333486)
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研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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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 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2021年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2020年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
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キーワード | 磁気浮上 / 磁気軸受 / 交流磁気浮上 / 浮上モータ / 自己平衡性 / 浮上回転モータ / ベアリングレスモータ |
研究開始時の研究の概要 |
自己平衡性を持つ交流磁気浮上を利用して完全無制御でロータの支持と回転とを同時に実現する交流磁気浮上モータを開発する.磁気浮上モータは,産業用ポンプなどへの応用が進展し,活発に研究・開発が行われている.しかし,従来は,ロータの支持に直流制御式磁気浮上の原理を用いているので,変位センサ及びコントローラが不可欠であった.これに対し,開発する磁気浮上モータは,これらの要素を必要としない.これは,「磁気浮上モータには制御が不可欠」というこれまでの常識を覆し,研究開発の方向を大きく転換させるものである.また,矩形波出力の電源や圧粉磁心磁極の利用を試みる.さらに,遠心血流ポンプへの応用を図る.
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研究実績の概要 |
(1)アキシャル形交流磁気浮上モータの設計・製作 磁気浮上モータの有力な応用例が遠心血流ポンプである.現在使用されているポンプは,ロータの支持にモノピボット軸受を用いているが,溶血や血栓の発生という問題がある.これに対し,軸受を交流磁気浮上機構に置換ることを提案している.この装置で必要となるアキシャル形磁気浮上モータの設計・製作を行った.ロータの上面に積層鋼板を放射状に配置して,交流磁石のターゲットとした.放射状に配置することによって,回転してもドラッグトルクが作用しないようにした.浮上・回転用電磁石は,3相9コイルとした.モータとしては,3相の同期モータの原理を応用した.また,間接減衰を与えるため,浮上・回転用電磁石をばねと磁気ダンパーによって支持する構造とした. (2)浮上・回転の実現と特性評価 製作した実験装置において,振幅変調を利用することによって磁界を滑らかに切り替えるようにして,浮上と回転との同時実現に成功した.このような完全無制御での浮上・回転の実現は,世界的にも初めてのものである.回転速度としては,約100rpmまでを実現した.合わせて,静トルクや浮上精度を測定した. (3)ラジアル形磁気浮上モータの設計・製作 前年度の研究成果に基づいて,固定子の相数は3,コイル数は12,回転子の突極数を8としたラジアル形磁気浮上モータの設計・製作も実施した.完全非接触での浮上を実現するため,アキシャル方向の支持には,直流制御形磁気浮上を利用することとした.
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
実際にアキシャル形磁気浮上モータの設計・製作を行い,完全無制御での浮上と回転の同時実現に成功した.この結果から,血流ポンプへの応用が可能であることが実証された.また,磁界の切り替えに振幅変調を用いるなど,交流磁気浮上モータに関する重要な知見が得られた.ラジアル形磁気浮上モータについても設計・製作がほぼ完了している.
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今後の研究の推進方策 |
アキシャル形磁気浮上モータについては,研究成果を纏めたものを学術雑誌に投稿する.また,これを利用した血流ポンプのプロトタイプを製作する.ラジアル形磁気浮上モータについては,製作した実験装置において,浮上と回転の同時実現を達成し,諸特性を測定する.その成果を国内外の講演会で発表し,最終的には,研究成果を纏めたものを学術雑誌に投稿する.
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