高速回転・高出力運転が可能なスイッチトリラクタンス型ベアリングレスモータの開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14750202
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 竹本 真紹 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (80313336)
• Keywords: ベアリングレスモータ / スイッチトリラクタンスモータ / 磁気飽和 / 仮定磁路法

Research Abstract

回転機の持つ半径方向の磁気吸引力を回転子主軸の支持に利用してモータと磁気軸受機能を磁気的に一体化したベアリングレスモータが提案されている。スイッチトリラクタンスモータは、効率よく回転トルクを発生できるように、ギャップ長を短く設計することが多いので、特に大きな半径方向の磁気吸引力が固定子と回転子突部に作用する。この大きな磁気吸引力を利用してベアリングレスモータ化すれば、大容量、高速化、メンテナンスフリー化というベアリングレスモータの特長を最大限利用できる。さらに、スイッチトリラクタンスモータ自身が持つ高温、低温などの特殊環境下や温度変化の激しい環境下での使用が可能であり、高速回転に適しているといった利点も引き延ばすことができる。そこで、研究代表者は、1つの固定子に電動機巻線と位置制御巻線の2種類の巻線を持つ差動巻線構造のベアリングレススイッチトリラクタンスモータを提案している。
これまでに、磁気的に線形である動作領域における半径方向力・回転トルクと電流の関係を明らかにした。そして、求めた理論式を用いて、線形性が保たれる出力範囲において無負荷状態から負荷状態にわたって安定な軸支持運転を可能とするドライブシステムを製作した。しかし、この線形性に基づいたドライブシステムでは、磁気飽和が発生するような高出力運転時に安定な軸支持を実現することは困難であった。高出力運転時に安定な軸支持を実現するには、磁気飽和の影響を考慮したドライブシステムを新たに製作する必要がある。そのためには、磁気飽和領域における半径方向力・回転トルクと電流の関係を明らかにすることが不可欠である。
そこで、磁気飽和領域における半径方向力と回転トルクを算出できる方法を新たに提案した。そして、提案する算出法に基づいて実際にドライブシステムを製作し、その有効性を実験により確認した。

Research Products

• [Publications] M.Takemoto, A.Chiba, H.Akagi, T.Fukao: "Radial Force and Torque of a Bearingless Switched Reluctance Motor Operating in a Region of Magnetic Saturation"Conference Record of the 2002 IEEE-IAS Annual Meeting. Vol.1. 35-42 (2002)
• [Publications] 竹本 真紹, 千葉 明, 赤木 泰文, 深尾 正: "ベアリングレススイッチトリラクタンスモータの磁気飽和を考慮した半径方向力と回転トルクの算出法"第14回「電磁力関連のダイナミックス」シンポジウム講演論文集. 1A06. 55-60 (2002)