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2013 年度 実績報告書

ベアリングレスモータの小形化・低消費電力化と次世代クリーンデバイスへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 23686041
研究機関静岡大学

研究代表者

朝間 淳一  静岡大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70447522)

研究期間 (年度) 2011-11-18 – 2014-03-31
キーワードベアリングレスモータ / 磁気軸受 / 磁気浮上 / 精密機械システム / 1自由度制御 / 1軸制御 / シングルドライブ / クリーンデバイス
研究概要

ベアリングレスモータは,固定子に回転・磁気浮上巻線の2種類を施すことで,磁気力により回転主軸を非接触で支持するモータであり,半導体製造分野等でのポンプ,真空ステージ,バイオリアクタ等のクリーンデバイスへの応用が脚光を浴びている.しかし,既存のベアリングレスモータは,回転子の回転方向以外の5自由度運動を安定化させるために,多くのセンサ,アクチュエータ,アンプが必要となり,小形化・低消費電力化・低コスト化が普及への課題である.そこで本研究では,1自由度能動制御のみで磁気浮上回転が可能なベアリングレスモータ(SDBelM)の実現と,それを応用した既存の限界を打破する次世代クリーンデバイスの実現を目的とする.平成25年度は,以下の研究成果を得た.
【高速スピンドル用】SDBelMでは,非制御方向運動はばね支持と等価なので能動制御方向と比較して振動が大きい.本年度は,4極構造SDBelMの非制御方向の振動を測定し,従来の2極構造よりも振動低減が可能であることを証明した.また,高速スピンドルへの応用を図り,新たにテスト機を製作した.
【冷却ファン用】永久磁石の反発力を用いた受動磁気軸受と,アキシャルギャップコアレスモータを組み合わせ,新しい冷却ファン用SDBelMを提案,設計,試作し,磁気浮上および最大4000rpmまでの回転を実現した.また,受動磁気軸受を変更することで,回転子の振動を低減した.
【ベアリングレスモータの新しい制御方法提案】三相Y結線の中点と電源中点を接続し,積極的に零相電流を流し,アクチュエータの電流を制御する新しい制御方法を提案した.これにより,三相インバータ1台で電動機のd・q軸電流,およびスラスト磁気軸受の支持電流を制御可能となる.本年度は,鉄球磁気浮上装置と永久磁石モータを三相インバータ1台で制御することに成功した.

現在までの達成度 (区分)
理由

25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

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Development of a Compact Centrifugal Pump with a Two-Axis Actively Positioned Consequent-Pole Bearingless Motor2014

    • 著者名/発表者名
      J. Asama, D. Kanehara, T. Oiwa, and A. Chiba,
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Industry Applications

      巻: 50 ページ: 288-295

    • DOI

      10.1109/tia.2013.2270452

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Suspension Performance of a Two-Axis Actively Regulated Consequent-Pole Bearingless Motor2013

    • 著者名/発表者名
      J. Asama, D. Kanehara, T. Oiwa, and A. Chiba,
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Energy Conversion

      巻: 28 ページ: 894 - 901

    • DOI

      10.1109/tec.2013.2283724

    • 査読あり
  • [学会発表] 1自由度制御形ベアリングレスモータの運動連成と安定性に関する考察2013

    • 著者名/発表者名
      渡邉大祐, 朝間淳一, 大岩孝彰, 鳥居孝夫, 千葉明
    • 学会等名
      2013年度精密工学会秋季大会学術講演会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府)
    • 年月日
      20130912-20130914
  • [学会発表] 零相電流を用いた1 自由度制御形ベアリングレスモータの新制御法2013

    • 著者名/発表者名
      福與将人, 朝間淳一, 大岩孝彰, 千葉明
    • 学会等名
      平成25年電気学会産業応用部門大会
    • 発表場所
      山口大学(山口県)
    • 年月日
      20130828-20130830
  • [学会発表] Core Loss Reduction in Two-Axis Actively Positioned Bearingless Motor Using Soft Magnetic Composites2013

    • 著者名/発表者名
      J. Asama, D. Kanehara, T. Oiwa, and A. Chiba
    • 学会等名
      IEEE Power & Energy Society General Meeting
    • 発表場所
      Vancouver, BC, Canada
    • 年月日
      20130721-25
  • [学会発表] シングルドライブベアリングレスモータの4極化による回転子振動低減2013

    • 著者名/発表者名
      鈴木大貴, 朝間淳一, 大岩孝彰, 千葉明
    • 学会等名
      第25回電磁力関連のダイナミクスシンポジウム
    • 発表場所
      箱根ホテル小涌園(神奈川県)
    • 年月日
      20130515-20130517
  • [備考] 静岡大学工学部朝間研究室ホームページ

    • URL

      http://www.ipc.shizuoka.ac.jp/~tjasama/

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公開日: 2015-05-28  

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