| 研究課題/領域番号 |
20H02136
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| 研究機関 | 東京電機大学 |
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研究代表者 |
杉元 紘也 東京電機大学, 工学部, 准教授 (60613552)
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| 研究分担者 |
高村 陽太 東京工業大学, 工学院, 助教 (20708482)
朝間 淳一 静岡大学, 工学部, 准教授 (70447522)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | ベアリングレスモータ / 磁気軸受 / 高速モータ / 反磁性体 / 低損失 |
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| 研究実績の概要 |
2020年度に1軸制御形シングルドライブベアリングレスモータの30,000 r/minまでの急加速に成功したが，無負荷状態でも電流脈動が大きく，最悪の場合タッチダウンしてしまう事象が発生した。そこで，2021年度に時間遅れ補償とdq軸間の非干渉化により，dq軸電流の脈動を低減し，磁気支持の安定性が向上した結果，30,000 r/minまでの安定な浮上回転を実現した。さらに，パッシブに安定する半径方向および傾き方向の振動を低減するため，巻線を並列に接続することで，回転子が振動した際にダンピング力を発生させるループ電流が流れることを3D-FEM磁界解析により確認した。
突極形反磁性グラファイト板回転子を用いたベアリングレスモータの無負荷減速波形を測定し損失係数を算出した結果，従来のベアリングレスモータと比較して単位慣性モーメント当たりのヒステリシス損係数が1/10以下であることが明らかになり，提案構造のグラファイトベアリングレスモータが極めて低損失であることを実証した。さらに，厚みと突極数が異なる複数のグラファイト回転子を試作し，加速波形と減速波形を測定した。
巻線並列形統合巻線を用いたコンシクエントポール形高速ベアリングレスモータに関して，2021年度に24スロット8極構造の巻線構造を検討し，支持力角度誤差を10度以内に抑える構造を提案した。
本研究の成果は，電気学会の全国大会，産業応用部門大会や研究会で発表した。
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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
1軸制御形ベアリングレスモータの制御システムの改良を行い，電流の脈動を低減することで30,000 r/minまでの加速と安定な浮上回転を実現した。また，突極形反磁性グラファイト板を用いたベアリングレスモータの無負荷損失は従来のベアリングレスモータと比較して1/10になることを実証し，提案構造のベアリングレスモータによる低損失化を確認することができたため，概ね順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
2021年度は，1軸制御形シングルドライブベアリングレスモータの安定性を向上し，30,000 r/minまでの安定な加速と浮上回転に成功したため，2022年度はさらに高速化を目指し，基本波1.5 kHz，45,000 r/minでの安定な実証する。また，タービンブレードを製作し負荷試験を行い，損失および効率測定を行う。突極形反磁性グラファイト板回転子を用いた5軸受動安定形ベアリングレスモータについて，トルクおよび浮上力の理論計算の精度を向上するため，グラファイト回転子の結晶構造の分析を行う。さらに，2021年度に試作した厚みと突極数が異なるグラファイト回転子を用いて実験を行い，トルクおよび浮上力を比較し，トルクおよび回転速度の向上を検討する。
また，モータ巻線並列形高速ベアリングレスモータについて，36スロット8極構造の巻線構造を検討し，20kW出力の実機の試作，および10万rpmでの駆動を目指し，性能評価を行う。
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