低速高トルク駆動を可能とする磁気浮上回転機のトルクと軸支持力の脈動の低減

本研究は，低速・高トルクと磁気浮上による非接触という，これまでにない新しい機能を備えたモータ「ベアリングレスバーニアモータ」の開発を目的としている。特に，本研究課題においては，永久磁石を用いることでトルク密度を向上したコンシクエント型ベアリングレスバーニアモータの性能向上を目的としている。具体的には，(1)軸支持力の発生に対する電機子反作用の影響の検討，(2)トルクリプルに対する磁気的なギヤ比の影響の検討を実施している。 2019年度は，上記二つの課題を明確に数式により表現することを目標に検討を進めてきた。提案するモータは，従来型のベアリングレスバーニアモータに比べ優れた特性を有する一方で，電機子反作用によって軸支持力の方向が発生したい方向に対してずれを生じる，回転子と固定子の歯数で決まる磁気的なギヤ比によりトルクリプルが大きく変動する，などの課題があることがこれまでの研究により明らかになっていた。提案モータに対し，有限要素法による解析結果を援用しつつ磁気回路法などにより解析的に軸支持力を導出するころで，これらの現象を数学モデルとして表現することができた。その結果，提案モータではトルク発生時に電機子反作用によって磁気支持力の方向が電動機電流の位相に応じた方向に変化すること，提案モータのトルクリプルの次数がバーニアモータの磁気的な減速比に比例した次数となることを明らかにした。 これらの結果をもとに，2020年度以降は，(1)電機子反作用の影響，(2)トルクリプルに対するギヤ比の影響等を検討し，これらのモータ構造の工夫や制御プログラムの工夫による解決法を模索する。また，試作機を設計・製作し実機試験によりこれらを実証する。