三相四線駆動式1kW出力ベアリングレスモータの開発

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21K14138
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分21010:電力工学関連
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 藤井 勇介 東京工業大学, 工学院, 助教 (70882356)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2023-03-31
• 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

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。

自由記述の分野

ベアリングレスモータ

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。