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2022 年度 実績報告書

ベアリングレスモータの磁気支持損失発生メカニズムの解明と高効率駆動システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 20H02136
研究機関東京電機大学

研究代表者

杉元 紘也  東京電機大学, 工学部, 准教授 (60613552)

研究分担者 朝間 淳一  静岡大学, 工学部, 准教授 (70447522)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワードベアリングレスモータ / 磁気軸受 / 高速モータ / 受動剛性 / 反磁性体 / 統合巻線
研究実績の概要

1軸制御形シングルドライブベアリングレスモータについて,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。2022年度は,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循環電流が流れ,危険速度付近の振動を低減することが可能であることを実証した。さらに,d軸電流で半径方向の受動剛性を可変する原理を提案し,3D-FEM磁界解析と実験により原理検証を行いパッシブ剛性の可変幅が26%以上あることを実証した。
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について,パッシブな軸方向力の理論式を構築し実験結果と比較した結果,固定子永久磁石と反磁性体回転子のギャップが0.5 mm以上の領域は数%以内の誤差で一致した。さらに,4突極と5突極の反磁性体グラファイト回転子を試作し,加速波形と減速波形を比較した結果,5突極の方が約9%トルクを向上することが可能であることが明らかになった。
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ついて,インバータ端子に備えられている電流センサで検出した電流を座標変換すると,磁気支持制御系と速度制御系の干渉が生じることが明らかになり,座標変換前に支持電流とモータ電流に分離するシステムを提案し,リアクトルを用いた簡易実験を行い,提案方法の電流制御システムの有効性を実証した。
本研究の成果は,IEEE Transactions on Industry Applications,電気学会の研究会や産業応用部門大会で発表した。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Estimation of Magnetic Suspension Loss and Efficiency in a 30 000 r/min One-Axis Actively Positioned Single-Drive Bearingless Motor2023

    • 著者名/発表者名
      Theeraphong Srichiangsa, Hiroya Sugimoto, Yusuke Fujii, Kyohei Kiyota, and Akira Chiba
    • 雑誌名

      IEEJ Journal of Industry Applications

      巻: vol. 12, no. 3 ページ: 295-302

    • DOI

      10.1541/ieejjia.22007118

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Novel Bearingless Motor Topology with Diamagnetic Salient-Pole Rotor2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroya Sugimoto, Takuro Hashimoto, Takumi Arai, Haruhiko Suzuki, and Akira Chiba
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Industry Applications

      巻: vol. 59, no. 2 ページ: 1639-1647

    • DOI

      10.1109/TIA.2022.3227527

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comparison of Acoustic Noise and Vibration in Ball-Bearing-Supported Motors and One-Axis Actively Positioned Single-Drive Bearingless Motor with Two Radial Permanent-Magnet Passive Magnetic Bearings2022

    • 著者名/発表者名
      Theeraphong Srichiangsa, Surya Narayana Gunda, Hiroya Sugimoto, Yusuke Fujii, Kyohei Kiyota, Junichi Asama, and Akira Chiba
    • 雑誌名

      IEEE Open Journal of Industry Applications

      巻: vol. 4, no. ページ: 35-48

    • DOI

      10.1109/OJIA.2022.3232116

    • 査読あり
  • [学会発表] 受動的に磁気浮上するシングルステータ形ベアリングレスグラファイトモータの構造と原理2023

    • 著者名/発表者名
      橋本 琢朗,杉元 紘也
    • 学会等名
      電気学会TER/LD合同研究会
  • [学会発表] 突極形反磁性体回転子を用いた5軸受動安定ベアリングレスモータの回転子形状の検討2022

    • 著者名/発表者名
      橋本 琢朗,杉元 紘也
    • 学会等名
      電気学会SPC/MD合同研究会
  • [学会発表] 突極形反磁性体回転子を用いたベアリングレスモータの無負荷損の実験及び推定2022

    • 著者名/発表者名
      近藤 匠馬,橋本 琢郎,杉元 紘也
    • 学会等名
      電気学会MAG/MD/LD合同研究会
  • [学会発表] 並列巻線回路を使用した1軸制御形シングルドライブベアリングレスモータの循環電流による受動的な振動抑制の提案2022

    • 著者名/発表者名
      杉元 紘也, 渡邉実
    • 学会等名
      電気学会MAG/MD/LD合同研究会
  • [学会発表] モータ巻線並列形2軸制御ベアリングレスモータの電流検出位置と電流制御系の応答性改善2022

    • 著者名/発表者名
      加藤拓真, 野口孝浩, 杉元紘也
    • 学会等名
      電気学会産業応用部門大会

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公開日: 2023-12-25  

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