動圧・磁気併用マイクロ軸受の研究

流体动压和磁力微型轴承的研究

• 批准号: 14702025
• 负责人: 進士 忠彦
• 金额: $ 16.89万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14702025/
• 关键词: 動圧磁気軸受; マイクロ磁気軸受; 磁気カップリング; センサレス磁気軸受; 動圧空気軸受; 磁気軸受; ハイブリ

本研究の目的は,動圧軸受の回転開始・停止時の低速回転域におけるラジアル剛性不足を補い,軸の接触問題を回避することにある.具体的には,低速回転時の補助用軸受として,磁気軸受を用いた動圧・磁気併用型マイクロ軸受の実現を目指している.但し,従来の磁気軸受では,軸の姿勢制御に多数の電磁石・センサが必要なため,情報機器などの小型化に向かず,コスト的にも高価である.このため,本研究では,マイクロ磁気軸受の実現と,動圧軸受とのハイブリッド化を目的とし研究を進めている.昨年度までの研究では,マイクロ磁気軸受の高剛性,高精度化,さらに,最大軸径φ2mmの小型化を達成した.しかしながら,フィードバック制御用変位センサの寸法が軸受自体より大きい問題があった,このため,本年度は,上記の問題を解決する手段として,マイクロ磁気軸受用のセンサレス変位計測方法を検討した.当初,磁気軸受内の磁場変動から変位の推定を試みたが,磁気飽和の影響から磁気軸受の安定化に十分な高精度変位計測が実現できなかった.このため,マイクロ磁気軸受の電磁石コアを電極として,ロータと電極間の静電容量変化を計測することで,変位を推定する手法を開発した.その結果,1kHzバンド幅と2μm程度の分解能の変位推定を実現し,その推定変位を用いた安定したマイクロ磁気軸受の制御を実現した.また,マイクロ磁気軸受内部に,小型誘導電動機を組み込み,軸の回転にも成功した.この結果,φ6mmのマイクロ磁気軸受では,センサレス浮上,マイクロ誘導電動機の組み込みにより,10,000pm以上の回転数での非接触回転を実現した.

这项研究的目的是为了补偿动压轴承在低速旋转范围内启动和停止旋转时径向刚度的不足，并避免轴接触问题。具体来说，它的目的是作为辅助轴承在启动和停止旋转时使用。低速旋转，我们的目标是使用磁力轴承实现流体动压/磁力微型轴承，但是，传统的磁力轴承需要大量的电磁体和传感器来控制轴的姿态，因此很难小型化。信息设备等不适合因此，在本研究中，我们正在进行旨在实现微型磁力轴承并将​​其与流体动压轴承混合的研究。截至去年的研究表明，微型磁力轴承具有高刚性和高尺寸，并且实现了更高的精度和更小的尺寸。最大轴直径为2毫米。但是，存在一个问题，即用于反馈控制的位移传感器的尺寸大于轴承本身。因此，今年我们解决了上述问题。作为实现这一目标的手段，我们考虑了微型磁力轴承的无传感器位移测量方法。起初，我们尝试估计磁力轴承内磁场波动的位移，但由于磁饱和的影响，很难估计为此，我们开发了一种通过使用微型磁力轴承的电磁芯作为电极并测量转子和电极之间的电容变化来估计位移的方法。 ，我们发现 1k我们实现了赫兹带宽和约2μm分辨率的位移估计，并利用估计的位移实现了对微型磁轴承的稳定控制。此外，微型磁轴承内部装有小型感应电机来控制轴的旋转结果，通过结合无传感器悬浮和微型感应电机，φ6mm微型磁力轴承能够实现转速超过10,000 pm的非接触式旋转。

项目成果

A New Design for a Compact Centrifugal Blood Pump with a Magnetically Levitated Rotor

磁悬浮转子紧凑型离心血泵的新设计

• 发表时间: 2004
• 作者: J.Asama; T.Shinshi; H.Hoshi; S.Takatani; Akira Shimokohbe
• 通讯作者: Akira Shimokohbe

Miniaturization of one-axis-controlled magnetic bearing

单轴控制磁力轴承的小型化

• 发表时间: 2005
• 作者: Jiro Kuroki; Tadahiko Shinshi; Lichuan; Akira Shimokohbe
• 通讯作者: Akira Shimokohbe

J.KUROKI, T.SHINSHI, L.LI, A.SHIMOKOHBE: "A Micro-magnetic bearing using one-degree-of-freedom control"Proc.7th International Symposium on Magnetic Suspension Technology, 27-30 Oct.2003,Fukuoka, Japan. 50-55 (2003)

J.KUROKI、T.SHINSHI、L.LI、A.SHIMOKOHBE：“A Micro-magnetbearing using one Degree-of-Freedom control”Proc.7th International Symposium on Magnetic Suspension Technology，2003 年 10 月 27-30 日，福冈

A micro magnetic bearing with a 2mm-diameter rotor and its performance

2mm直径转子微型磁力轴承及其性能

• 发表时间: 2004
• 作者: Jiro Kuroki; Tadahiko Shinshi; Lichuan Li; Akira Shimokohbe
• 通讯作者: Akira Shimokohbe

L.Li, T.Shinshi: "A Simple and Miniaturized Magnetic Bearing for Cost-Sensitive Application"8^ International Symposium on Magnetic Bearings. 561-565 (2002)

L.Li，T.Shinshi：“用于成本敏感应用的简单小型磁力轴承”第 8 届国际磁力轴承研讨会。