| 研究課題/領域番号 |
21K14138
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分21010:電力工学関連
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
藤井 勇介 東京工業大学, 工学院, 助教 (70882356)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
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| キーワード | ベアリングレスモータ / 永久磁石形モータ / 磁気支持 / 磁気浮上 / 磁気軸受 / 受動支持 / 零相電流 / 三相四線式インバータ / 1軸制御形ベアリングレスモータ / 中性点電位 / 三相四線式 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
従来，ベアリングレスモータの「小形化・低消費電力化」と「高出力化」はトレードオフの関係であった．そこで本研究では，過去に例のない「1kW出力を有する1自由度制御形ベアリングレスモータの開発」を目的とする．本研究は，零相負荷を有する三相四線式インバータ1台で駆動する点で独創的である．スラスト支持巻線を零相に配置し，制御法を工夫することで，ベアリングレスモータの設計自由度を拡張し，高出力化を可能とする．
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| 研究成果の概要 |
1kW出力を有する1軸制御形ベアリングレスモータの開発を行った。提案システムは(a)零相電流をスラスト支持に応用することで三相インバータ1台で浮上回転が可能，(b)スラスト支持用の永久磁石バイアス磁束が，モータ固定子を通過しない, (c)モータ巻線を通過する零相電流でもスラスト力が発生，という特徴を有する。有限要素解析により提案モータの以下の特性を明らかにした, (1)モータ電流密度8A/mm2においてトルク2.87Nmを発生し3300rpmで1kW出力を達成, (2)半径方向受動支持剛性も60N/mmと高剛性。最後に，実機の開発を完了した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
磁気浮上モータの低コスト駆動方式として，能動制御軸数を最小とした1軸制御形ベアリングレスモータが国内外で開発されてきた。簡素化は達成されたが，最高出力は200W以下に留まっており，応用先も小型ファンに限定されていた。本提案方式の1軸制御形ベアリングレスモータは，零相電流を用いることで三相インバータ1台のみで浮上回転を可能とし（低コスト・小形化），さらに，モータベクトル制御を可能とする構造である（1kW出力）。したがって，応用先を従来の小容量に限らず，中容量（1～3kW）出力の高速ブロア，コンプレッサー等への拡張を促進し，環境負荷低減に大きく貢献する。また，学術的インパクトも大きい。
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