ベアリングレスモータの簡素化を目指し,1軸制御形ベアリングレスモータがこれまでに開発されてきた。しかし,報告されている出力は数十W程度に留まり,ベアリングレスモータの「低コスト・小形化」と「高トルク・高出力化」はトレードオフの関係であった。本研究では,これまでに無い1kW出力を可能とする1軸制御形ベアリングレスモータの開発を目的とする。 2021年度は,三相四線駆動式の浮上・回転システムを提案した。スラスト支持巻線は,三相モータY結線の中性点とインバータ直流電源の中点との間に結線され,ここに流れる電流を零相電流と呼ぶ。本提案システムでは,三相Y結線で永久磁石形モータを駆動し,零相電流でスラスト力を発生する。すなわち,一般的な三相電圧型インバータと同等のパワーデバイス数で,dq軸モータベクトル制御およびスラスト磁気支持を可能とする。 2022年度は,高トルク化を達成するために,零相電流(スラスト支持電流)を流したことで発生する支持磁束が,モータに影響を及ぼさない構造を検討した。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構造を開発した。 有限要素解析によって,提案するベアリングレスモータの性能を評価した。モータ電流密度8A/mm2においてトルク2.87Nmを達成した。これは,今までに報告されている最大の0.147Nmを大きく上回る値である。半径方向の受動支持剛性も60N/mmと安定性は高い。また,零相電流でスラスト力が発生することを明らかにし,スラスト電流密度20A/mm2においてスラスト力146Nを達成した。これらの結果から,提案モータの有効性を示した。最後に,上記ベアリングレスモータの開発を完了した。今後は,実証実験を行う。
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