Study on magnetic levitated self-bearing motor and magnetic levitated pump using multiple single-axis magnetic bearings

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本年度、１軸磁気軸受群による磁気浮上ポンプの実現に向け、ポンプ形状とセルフベアリングモータの検討を行った。本セルフベアリングモータのロータは、径方向位置検出用ターゲットリングをロータヨーク片端に設けているため軸方向に長い。そこで、ロータ内筒部を利用した斜流ポンプ形状を流体解析で検討を行った。しかし、検討した斜流ポンプ形状ではポンプ性能が低く、十分な吐出性能を得るにも高い回転数が必要であったことから、遠心ポンプ形状で検討を行った。その結果、回転数3000 rpmで開発目標の流量5 L/min、圧力13 kPaを達成しうる形状を見出すことができた。本セルフベアリングモータの回転制御と磁気支持制御の独立性について磁場解析を用いて確認した。ロータヨーク外筒面の両端には磁極が異なるように永久磁石が配置される。ロータ外周にはコの字型の電磁石が複数個設けられる。ロータ回転軸方向に垂直な断面でのロータ両端の磁極配置は正反対の磁極配置となる構造的特徴を持つ。ロータ片端２極磁界としたロータで電磁石６つを用いた形状で検討を行った。Ｐ±２極理論での磁気支持制御の検討の結果、回転制御と磁気支持制御の独立性は確認できたが、ロータ回転角度位置でｄ軸とｑ軸方向制御力に大きな差が生じた。そこで、ロータ片端２極磁界としたロータの構造を利用しロータ片端で電磁石による磁界を１極とする新制御方式を検討した。その結果、ｄ軸方向制御力はより強い制御力を発生し差が少なくなった。構造上、ｑ軸方向の制御には使用できない。また、電磁石６つの形状では永久磁石による径方向負ばね力が不均一で磁気支持制御が難しくなると考え、新制御方式は使用できないがロータ片端４極磁界としたロータで電磁石８つを用いた形状の検討を行った。磁気支持制御の検討の結果、ロータ片端で２極磁界よりはロータ回転角度位置で制御力に大きな差が生じなかった。