ベアリングレスモータを活用したターボ機械システムの高速・高機能化

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本研究では，まず，電磁アクチュエータとモータの機能を統合したベアリングレスモータを用いることによって，小形ながらも，自励振動の抑制が可能なすべり軸受ロータの実現を目的とした．まず，ベアリングレスモータとすべり軸受を有するハイブリッドロータの設計を行った．ロータの回転角度と半径方向力の連成が小さい，コンシクエントポール型ベアリングレスモータを選定し，静磁場解析により設計した．また，産業用大形回転機械で問題となる曲げモードの振動を再現するため，すべり軸受ロータの曲げモードの固有値を，50Hz程度となるように設計した．実験ロータを試作し，制振実験を行った．すべり軸受ロータ単体では，42rpsで共振，73rpsで自励振動が発生したが，ベアリングレスモータにより，それら振動を抑え，振動振幅0.03mm程度の安定な回転を実現した．次に，安定性の診断方法について検討した．上述のベアリングレスモータは，半径方向への電磁力の発生に，固有の支持巻線を用いている．そのため，通常のモータで電磁力を活用するためには，支持巻線の追加が必要となる．機器の複雑化を回避するために，電動機巻線のみを用いて，安定性を診断することを目的とした．具体的には，加振時に，加振信号から変位までの周波数応答関数（FRF）を計測し，そこから安定性の指標である減衰比や固有振動数を同定する．本手法の実現のため，モータは，回転中に常に不釣合い振動による不平衡電磁吸引力を有しており，それを，ｄ軸への加振電流の重畳により，積極的に変化させる加振方法を提案した．本手法の検証には，上述のベアリングレスモータを有する実験ロータを用い，電動機巻線と，支持巻線による加振を用いた２種類の実験によって，FRFを計測し，固有振動数と減衰比を同定した．両手法での同定結果は，誤差10％以下となり，電動機巻線による加振でも十分な精度であることを示した．