2023年度学院等開講科目工学院電気電子系電気電子コース

磁気浮上と磁気支持工学

開講元: 電気電子コース
担当教員: 千葉明
授業形態: 講義 (対面型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 月3-4 (S2-201(S224)) / 木3-4 (S2-201(S224))
クラス: -
科目コード: EEE.P501
単位数: 200
開講時期: 2023年度
開講クォーター: 3Q
シラバス更新日: 2025年7月8日
使用言語: 英語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

21世紀初頭より磁気浮上、磁気支持システムが実用化しつつある。JR山梨リニア実験線、名古屋のリニモ、上海のマグレブなどの磁気浮上列車が走行しつつある。一方、半導体製造プロセスではベアリングレスモータポンプによる超純水移送、磁気軸受を伴ったターボ分子ポンプなどが実現している。
本講義では超伝導磁気浮上、高温超伝導、磁気浮上列車などの磁気浮上系と、磁気軸受、ベアリングレスモータなどの磁気支持系について学ぶ。

到達目標

超伝導、高温超伝導、永久磁石、電磁石などの材料、磁気回路について理解する。
超電導磁石を用いた誘導反発磁気浮上方式、高温超伝導を用いた磁気浮上方式、反発型永久磁石磁気浮上方式、吸引型電磁石磁気浮上方式などの構成、原理を理解する。
さらに、マグレブ等の列車、磁気軸受、ベアリングレスモータなどの原理、構成、特長を理解する。

実務経験のある教員等による授業科目等

実務経験と講義内容との関連 (又は実践的教育内容)

実務経験と講義内容との関連（又は実践的教育内容）
担当教員は磁気浮上、磁気支持の実務経験が豊富である。すなわち、30年以上にわたり、磁気浮上して回転するベアリングレスモータの研究を行い、数々の試作機を製作してきた。世界ではじめてのベアリングレスモータを試作した実務経験がある。また、Bearingless motorへの貢献で世界ではじめてIEEE　Fellowになった。さらに、2020年IEEE Nikola Tesla Award (31のIEEE Technical Awardsのひとつ)をBearingless motorへの貢献で受賞している。Bearingless motorへの貢献で受賞したのは担当教員が世界で初めてである。世界最大出力のベアリングレスモータを設計し、試作し、試験して論文発表した経験もある。

キーワード

マグレブ、磁気支持、磁気浮上、磁気軸受、ベアリングレスモータ

学生が身につける力

専門力
教養力
コミュニケーション力
展開力 (探究力又は設定力)
展開力 (実践力又は解決力)

授業の進め方

講義概要、今日の磁気浮上のデモ、あるいは、今日のビデオ、講義、演習レポート

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	この講義のシラバス配布、教育内容目標、成績評価方法・基準を説明。	講義担当のオフィスアワー。ネットのテストアカウント作成、磁気浮上のデモ。磁気軸受とベアリングレスモータのイントロ。 Elsevier参考書・テキストの紹介
第2回	ベアリングレスモータの応用例	テキスト２１章に基づき、ベアリングレスモータの応用を紹介する。なぜ、この応用が磁気浮上磁気支持が必要なのか,どのような効果があるのか。磁気浮上のデモも行う。
第3回	超伝導の基礎	超伝導体の種類と特徴，永久電流，マイスナー効果，ピン止め効果，永久磁石の磁気浮上
第4回	磁気回路の解析	簡単な磁気回路とその解析、電磁力、非線形性, 磁束密度、磁気抵抗、起磁力、磁束鎖交数
第5回	永久磁石の磁気回路解析	BHカーブ、永久磁石の種類、等価回路、磁気回路解析、吸引力
第6回	ラジアル磁気軸受	構造、原理、電流、起磁力、等価回路、電磁力解析
第7回	磁気軸受のモデル化	力と電流の関係、線形化、不平衡吸引力、ブロック線図、安定化するコントローラ
第8回	超伝導体による軟磁性体の磁気浮上	超伝導体と永久磁石の違い，軟磁性体に働く電磁力，軟磁性体の磁気浮上，その他の磁気浮上
第9回	磁気軸受の制御系の必要条件	磁気支持系の不安定性と、フィードバックコントローラの原理、設計
第10回	磁気支持系のコントローラのパラメータと磁気軸受の応答	パラメータと応答、外乱力の抑制と変位、積分制御回転同期外乱、ラジアル力発生方向のエラー、アンバランス
第11回	パワーエレクトロニクスとベアリングレスモータイントロ。	パワーエレクトロニクスとベアリングレスモータイントロ。
第12回	山梨磁気浮上リニア新幹線	構造、超電導コイル、推進コイル、浮上コイル、試験運転、ビデオ、写真、組み立て、最新情報　山梨見学ビデオ
第13回	リニモ、(HSST)磁気浮上列車	構造、特質、歴史、低速磁気浮上列車の推進、磁気浮上、電磁力発生原理、フィードバック制御システム。
第14回	トランスラピッド磁気浮上列車　その他のマグレブ	構造、高速鉄道、推進原理、電力供給方法、磁気浮上、上海マグレブ、ビデオ、状況

準備学修(事前学修・復習)等についての指示

学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

Akira Chiba, Tadashi Fukao, Osamu Ichikawa, Masahide Oshima, Masatsugu Takemoto and David G. Dorrell, ``Magnetic Bearings and Bearingless Drives'', Newnes Elsevier, ISBN 0 7506 5727 8, 2005

参考書、講義資料等

配布

成績評価の方法及び基準

授業中レポート60%、課外レポート20%，期末試験20% 初回の講義で受講者と相談。
　学会発表、体調不良で休んだ人はA4用紙４ｐのサマリーを提出すること

履修の条件・注意事項

電気機器学、パワーエレクトロニクスの基礎を習得していることが望ましい。

その他

この講義ではT2schalorを利用したアクティブラーニングを実施します。スマホ、ノートPCあるいはタブレット等を持参してきてください。eラーニングによる学部授業の改善については以下のページにレポートがありますので、2014年度から2017年度について一読されたし。しかし、英語を主体とする大学院講義では、日本の学生さんが積極的に話す機会が少ない状況にあり、これを改善したいと思います。どうしたら改善できるか、一緒に考えましょう。アドバイスおねがいします。
http://www.chiba.ee.titech.ac.jp/lecture.html