Development of Reluctance Motors That Can Switch Motor Types

• Project/Area Number: 20H02128
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21010:Power engineering-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 清田 恭平 東京工業大学, 工学院, 准教授 (10796519)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000); Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2022: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000); Fiscal Year 2021: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2020: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
• Keywords: リラクタンスモータ / 高効率化 / 特性切替 / スイッチトリラクタンスモータ / シンクロナスリラクタンスモータ / フラックススイッチングモータ / 巻線界磁型モータ / 巻線切替

Outline of Research at the Start

永久磁石を使用せずリラクタンスのみを利用するモータ（リラクタンス応用モータ）は，回転子形状がシンプル故に低コスト化に有利であり，希土類を全く使用しないため省資源性に優れている。このため，近年需要が急速に高まっている自動車用・航空機用モータの一候補とされているが，効率・出力に課題がある。本研究では，リラクタンス応用モータにおいて，モータの機械的構造を変えることなく，様々なモータ特性を変幻自在に実現できるモータ種別切り替えモータを提案とその基礎技術を確立し，リラクタンス応用モータの更なる高効率・高出力化を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，リラクタンス応用モータにおいて，モータの機械的構造を変えることなく，様々なモータ特性を変幻自在に実現できるモータ種別切り替えモータを提案とその基礎技術を確立する。本研究では主要な課題が３点ある。すなわち，(a)モータ種別変更時にどこまでモータ特性が変化するのか，(b)モータ種別を変更する回路の簡易化，(c)モータ種別を切り替える前提での最適な鉄心形状の探索，である。本年度は，最終年度であることから，特に本研究における進捗が著しかった(a)と(c)を中心に研究を進めた。
昨年度着手した固定子に巻線界磁を有するフラックススイッチングモータについて，シンクロナスリラクタンスモータモードにて動作可能な構造の候補を検討した。，同モードによる効率及び出力の変化を確認した。固定子24極，回転子 8極とすることにより，昨年度検討の固定子12極，回転子8極の場合より高出力を達成可能であることを明らかにした。また，(c)の内容を含めて，上記動作を行うための最適な回転子および固定子形状の探索を，遺伝アルゴリズムを用いて行った。
制御方法の改善については，モータ種別切り替えを想定して，スイッチトリラクタンスモータ，シンクロナスリラクタンスモータ双方において検討を行った。スイッチトリラクタンスモータにおいては，ベクトル制御を導入した上で，高調波重畳による主に騒音特性の改善および電流連続制御の導入検討を行い，ベクトル制御下においても従来の制御方法と同等の特性を得られる手法を検討した。シンクロナスリラクタンスモータにおいては，本研究で使用するオープン結線状態の電流制御で重要となる，d軸，q軸，零相間の相互インダクタンスおよび零相自己インダクタンスの実機における推定方法を確立した。これらについては昨年度までに試作した実機を用いて原理検証を行った。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] フラックススイッチングモータ駆動可能な同期リラクタンスモータの動作領域拡大を目指した構造の検討 (2024)
  • Author(s): 小久保伊織・清田恭平
  • Journal Title: 令和6年電気学会全国大会講演論文集 Volume: 5-078 Pages: 129-130
• [Journal Article] 二重突極集中巻構造同期リラクタンスモータの磁束制御による鉄損および逆起電圧の低減 (2024)
  • Author(s): 長谷川 稜, 清田恭平
  • Journal Title: 令和6年電気学会全国大会講演論文集 Volume: 5-109 Pages: 184-185
• [Journal Article] ベクトル制御SRMにおけるdq軸6次高調波電流重畳による騒音低減手法の実機検証 (2024)
  • Author(s): 矢野身太郎, 清田恭平
  • Journal Title: 令和6年電気学会全国大会講演論文集 Volume: 5-110 Pages: 186-187
• [Journal Article] ベクトル制御に基づくスイッチトリラクタンスモータにおける電流連続制御の一考察 (2023)
  • Author(s): 白築明大, 矢野身太朗, 國分涼, 清田恭平
  • Journal Title: 電気学会回転機研究会資料 Volume: MD-23-117, RM-23-092 Pages: 61-66
• [Journal Article] Radial Force Harmonics and Acoustic Noise Reduction of a Vector-Controlled SRM by Superimposed Sixth Harmonic Currents (2023)
  • Author(s): 矢野身太郎, 清田恭平
  • Journal Title: Proceedings of 2023 26th International Conference on Electrical Machines and Systems Volume: 0 Pages: 2886-2891
  • DOI: 10.1109/icems59686.2023.10345273
• [Journal Article] Investigation of Efficiency Enhancement of a Wound-Field Flux Switching Motor by the Synchronous Reluctance Motor Drive (2023)
  • Author(s): Iori Kokubo, Kyohei Kiyota
  • Journal Title: Proceedings of 2023 26th International Conference on Electrical Machines and Systems Volume: 0 Pages: 1254-1259
  • DOI: 10.1109/icems59686.2023.10344683
• [Journal Article] Acoustic Noise Performance of Vector Controlled Switched Reluctance Motor with Radial Force Ripple Suppression (2023)
  • Author(s): Heng Yuan, Shintaro Yano, Shou Qiu, Kyohei Kiyota
  • Journal Title: Proceedings of 2023 26th International Conference on Electrical Machines and Systems Volume: 0 Pages: 5016-5021
  • DOI: 10.1109/icems59686.2023.10344739
• [Journal Article] Identification of Interference Inductances and Zero-Phase Inductance of Open-End Winding Doubly Salient SynRM (2023)
  • Author(s): Ryo Kokubu, Daichi Makihara, Kyohei Kiyota
  • Journal Title: Proceedings of 2023 Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE) Volume: 0 Pages: 4243-4250
  • DOI: 10.1109/ecce53617.2023.10362877
• [Journal Article] A novel control method for harmonic current injection in vector control of Open-End Concentrated Winding SynRM (2023)
  • Author(s): Ryo Kokubu, Kyohei Kiyota
  • Journal Title: 電気学会回転機研究会資料 Volume: MD-23-131, RM-23-106 Pages: 77-82
• [Journal Article] DRMにおける回転子突極部の非対称形状化による効率向上の一考察 (2023)
  • Author(s): 長谷川稜, 清田恭平
  • Journal Title: 電気学会回転機研究会資料 Volume: MD-23-072, RM-23-040 Pages: 45359-45359
• [Journal Article] 正弦波電圧駆動による高速領域における突極集中巻シンクロナスリラクタンスモータの最大出力向上 (2023)
  • Author(s): 長谷川稜, 清田恭平
  • Journal Title: 2023年電気学会産業応用部門大会講演論文集 Volume: Y-43
• [Journal Article] Torque Ripple and Radial Force Ripple Suppression in Vector Controlled Switched Reluctance Motors (2023)
  • Author(s): Heng Yuan, 清田恭平
  • Journal Title: 令和5年電気学会全国大会講演論文集 Volume: 5-107 Pages: 191-192
• [Journal Article] トルクリプル及びラジアル力リプルを考慮したベクトル制御型SRMの電流波形の一考察 (2023)
  • Author(s): 矢野身太郎, 清田恭平
  • Journal Title: 令和5年電気学会全国大会講演論文集 Volume: 5-108 Pages: 193-194
• [Journal Article] 正弦波電圧駆動による集中巻シンクロナスリラクタンスモータのトルク向上 (2023)
  • Author(s): 牧原大地, 清田恭平
  • Journal Title: 令和5年電気学会全国大会講演論文集 Volume: 5-032 Pages: 57-58
• [Journal Article] 突極集中巻SynRMの非対称回転子形状による低速領域での効率改善 (2023)
  • Author(s): 長谷川稜, 清田恭平
  • Journal Title: 令和5年電気学会全国大会講演論文集 Volume: 5-033 Pages: 59-60
• [Journal Article] 同期リラクタンスモータ駆動によるフラックススイッチングモータの高効率化の初期検討 (2023)
  • Author(s): 小久保伊織, 清田恭平
  • Journal Title: 令和5年電気学会全国大会講演論文集 Volume: 5-040 Pages: 73-74
• [Journal Article] 回転子突極のオフセット形状によるデュアルモードリラクタンスモータの効率改善 (2022)
  • Author(s): 牧原大地, 清田恭平
  • Journal Title: 2022年電気学会産業応用部門大会講演論文集 Volume: Y-81
• [Journal Article] スイッチング素子数削減を実現したデュアルモードリラクタンスモータ用インバータの提案 (2022)
  • Author(s): 何康謀, 清田恭平
  • Journal Title: 2022年電気学会産業応用部門大会講演論文集 Volume: Y-100
• [Journal Article] Torque Ripple Suppression and Current Regulation for Vector Controlled Switched Reluctance Motors (2022)
  • Author(s): Shou.Qiu, Daichi Makihara, Kyohei Kiyota
  • Journal Title: Proceedings of 2022 Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE) Volume: 0 Pages: 4328-4333
  • DOI: 10.1109/ecce50734.2022.9947865
• [Journal Article] 6次高調波電流重畳による集中巻シンクロナスリラクタンスモータのトルクおよび効率向上 (2022)
  • Author(s): 牧原大地, 清田恭平
  • Journal Title: 電気学会回転機研究会資料 Volume: RM-22-112 Pages: 1-6
• [Journal Article] オープン結線集中巻SynRMの零相インダクタンスと干渉インダクタンスの数値解析 (2022)
  • Author(s): 國分涼, 清田恭平
  • Journal Title: 電気学会回転機研究会資料 Volume: RM-22-115 Pages: 17-22
• [Journal Article] Efficiency Improvement of a Concentrated Winding Synchronous Reluctance Motor Using Sixth Harmonics Component of D- and Q-axis Currents (2022)
  • Author(s): Daichi Makihara, Kyohei Kiyota, Shou Qiu
  • Journal Title: Proceedings of 2022 International Conference on Electrical Machines and Systems Volume: 1570816378 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1109/icems56177.2022.9983404
• [Journal Article] Proposal of a Novel Inverter Structure for Dual mode Reluctance Motor with Reduced Switching Components (2022)
  • Author(s): Kangmou He, Kyohei Kiyota, Daichi Makihara, Akira Chiba
  • Journal Title: Proceedings of 2022 International Conference on Electrical Machines and Systems Volume: 1570816361 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1109/icems56177.2022.9983114
• [Journal Article] Effect of Rotor Teeth Shape on Torque Ripple for Vector Controlled Switched Reluctance Motors (2022)
  • Author(s): Shou Qiu、清田恭平
  • Journal Title: 令和4年電気学会全国大会講演論文集 Volume: 5-046 Pages: 78-79
• [Journal Article] 回転子突極部のオフセット構造によるスイッチトリラクタンスモータの効率向上 (2022)
  • Author(s): 牧原大地、清田恭平
  • Journal Title: 令和4年電気学会全国大会講演論文集 Volume: 5-048 Pages: 82-83
• [Journal Article] デュアルモードリラクタンスモータ用新型インバータにおけるスイッチトリラクタンスモータモード動作の検討 (2022)
  • Author(s): 何康謀、清田恭平
  • Journal Title: 令和4年電気学会全国大会講演論文集 Volume: 5-090 Pages: 155-156
• [Journal Article] An Experimental Verification of a Dual-mode Reluctance Motor for Electric Vehicle Applications (2021)
  • Author(s): Kiyota Kyohei、Isogai Haruka、Amei Kenji、Ohji Takahisa
  • Journal Title: Proceedings of 2021 Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE) Volume: 1 Pages: 4328-4333
  • DOI: 10.1109/ecce47101.2021.9595807
• [Journal Article] Torque Ripple Suppression for a Vector Controlled Switched Reluctance Motor using an Internal Model based Current Controller (2021)
  • Author(s): Shou Qiu、Kyohei Kiyota
  • Journal Title: 電気学会回転機研究会資料 Volume: RM-21-116 Pages: 1-6
  • NAID: 40022756483
• [Journal Article] Development of a Dual-mode Reluctance Motor for Electric Vehicle Applications (2021)
  • Author(s): Kyohei Kiyota, Haruka Isogai, Kenji Amei, Takahisa Ohji, Akira Chiba
  • Journal Title: Proceedings of EVTeC and APE Japan Volume: 1 Pages: 1-5
• [Journal Article] 自動車駆動用デュアルモードリラクタンスモータの小型試作機による実証実験 (2021)
  • Author(s): 清田恭平,磯貝遥,飴井賢治,大路貴久
  • Journal Title: 自動車技術会2021年春季大会学術講演会講演予稿集 Volume: 1 Pages: 1-6
• [Journal Article] デュアルモードリラクタンスモータの低速領域における実験的検証 (2021)
  • Author(s): 清田恭平,磯貝遥,飴井賢治,大路貴久
  • Journal Title: 令和3年電気学会全国大会講演論文集 Volume: 5-075 Pages: 128-129
• [Journal Article] 自動車駆動用デュアルモードリラクタンスモータの提案 (2020)
  • Author(s): 清田恭平,一柳孝輔,飴井賢治,大路貴久
  • Journal Title: 自動車技術会2020年春季大会学術講演会講演予稿集 Volume: 1 Pages: 1-6
• [Presentation] フラックススイッチングモータ駆動可能な同期リラクタンスモータの動作領域拡大を目指した構造の検討 (2024)
  • Author(s): 小久保伊織
  • Organizer: 令和6年電気学会全国大会
• [Presentation] 二重突極集中巻構造同期リラクタンスモータの磁束制御による鉄損および逆起電圧の低減 (2024)
  • Author(s): 長谷川稜
  • Organizer: 令和6年電気学会全国大会
• [Presentation] ベクトル制御SRMにおけるdq軸6次高調波電流重畳による騒音低減手法の実機検証 (2024)
  • Author(s): 矢野身太郎
  • Organizer: 令和6年電気学会全国大会
• [Presentation] ベクトル制御に基づくスイッチトリラクタンスモータにおける電流連続制御の一考察 (2023)
  • Author(s): 白築明大
  • Organizer: 回転機研究会
• [Presentation] Radial Force Harmonics and Acoustic Noise Reduction of a Vector-Controlled SRM by Superimposed Sixth Harmonic Currents (2023)
  • Author(s): 矢野身太郎
  • Organizer: 2023 26th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Investigation of Efficiency Enhancement of a Wound-Field Flux Switching Motor by the Synchronous Reluctance Motor Drive (2023)
  • Author(s): Iori Kokubo
  • Organizer: 2023 26th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Acoustic Noise Performance of Vector Controlled Switched Reluctance Motor with Radial Force Ripple Suppression (2023)
  • Author(s): Yuan Heng
  • Organizer: 2023 26th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Identification of Interference Inductances and Zero-Phase Inductance of Open-End Winding Doubly Salient SynRM (2023)
  • Author(s): Ryo Kokubu
  • Organizer: 2023 Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A novel control method for harmonic current injection in vector control of Open-End Concentrated Winding SynRM (2023)
  • Author(s): Ryo Kokubu
  • Organizer: 回転機研究会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] DRMにおける回転子突極部の非対称形状化による効率向上の一考察 (2023)
  • Author(s): 長谷川稜
  • Organizer: 回転機研究会
• [Presentation] 正弦波電圧駆動による高速領域における突極集中巻シンクロナスリラクタンスモータの最大出力向上 (2023)
  • Author(s): 長谷川稜
  • Organizer: 2023年電気学会産業応用部門大会
• [Presentation] Torque Ripple and Radial Force Ripple Suppression in Vector Controlled Switched Reluctance Motors (2023)
  • Author(s): 袁恒
  • Organizer: 令和5年電気学会全国大会
• [Presentation] トルクリプル及びラジアル力リプルを考慮したベクトル制御型SRMの電流波形の一考察 (2023)
  • Author(s): 矢野身太郎
  • Organizer: 令和5年電気学会全国大会
• [Presentation] 正弦波電圧駆動による集中巻シンクロナスリラクタンスモータのトルク向上 (2023)
  • Author(s): 牧原大地
  • Organizer: 令和5年電気学会全国大会
• [Presentation] 突極集中巻SynRMの非対称回転子形状による低速領域での効率改善 (2023)
  • Author(s): 長谷川稜
  • Organizer: 令和5年電気学会全国大会
• [Presentation] 同期リラクタンスモータ駆動によるフラックススイッチングモータの高効率化の初期検討 (2023)
  • Author(s): 小久保伊織
  • Organizer: 令和5年電気学会全国大会
• [Presentation] 回転子突極のオフセット形状によるデュアルモードリラクタンスモータの効率改善 (2022)
  • Author(s): 牧原大地
  • Organizer: 2022年電気学会産業応用部門大会
• [Presentation] スイッチング素子数削減を実現したデュアルモードリラクタンスモータ用インバータの提案 (2022)
  • Author(s): 何康謀
  • Organizer: 2022年電気学会産業応用部門大会
• [Presentation] Torque Ripple Suppression and Current Regulation for Vector Controlled Switched Reluctance Motors (2022)
  • Author(s): Qiu Shou
  • Organizer: 2022 Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 6次高調波電流重畳による集中巻シンクロナスリラクタンスモータのトルクおよび効率向上 (2022)
  • Author(s): 牧原大地
  • Organizer: 回転機研究会
• [Presentation] オープン結線集中巻SynRMの零相インダクタンスと干渉インダクタンスの数値解析 (2022)
  • Author(s): 國分涼
  • Organizer: 回転機研究会
• [Presentation] Efficiency Improvement of a Concentrated Winding Synchronous Reluctance Motor Using Sixth Harmonics Component of D- and Q-axis Currents (2022)
  • Author(s): Daichi Makihara
  • Organizer: 2022 25th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Proposal of a Novel Inverter Structure for Dual mode Reluctance Motor with Reduced Switching Components (2022)
  • Author(s): Kangmou He
  • Organizer: 2022 25th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of Rotor Teeth Shape on Torque Ripple for Vector Controlled Switched Reluctance Motors (2022)
  • Author(s): Qiu Shou
  • Organizer: 令和4年電気学会全国大会
• [Presentation] 回転子突極部のオフセット構造によるスイッチトリラクタンスモータの効率向上 (2022)
  • Author(s): 牧原大地
  • Organizer: 令和4年電気学会全国大会
• [Presentation] デュアルモードリラクタンスモータ用新型インバータにおけるスイッチトリラクタンスモータモード動作の検討 (2022)
  • Author(s): 何康謀
  • Organizer: 令和4年電気学会全国大会
• [Presentation] Development of a Dual-mode Reluctance Motor for Electric Vehicle Applications (2021)
  • Author(s): Kyohei Kiyota
  • Organizer: JSAE EVTeC and APE Japan
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 自動車駆動用デュアルモードリラクタンスモータの小型試作機による実証実験 (2021)
  • Author(s): 清田恭平
  • Organizer: 自動車技術会 2021年春季大会
• [Presentation] An Experimental Verification of a Dual-mode Reluctance Motor for Electric Vehicle Applications (2021)
  • Author(s): Kyohei Kiyota
  • Organizer: 2021 Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Torque Ripple Suppression for a Vector Controlled Switched Reluctance Motor using an Internal Model based Current Controller (2021)
  • Author(s): Qiu Shou
  • Organizer: 電気学会 回転機研究会
• [Presentation] デュアルモードリラクタンスモータの低速領域における実験的検証 (2021)
  • Author(s): 清田恭平
  • Organizer: 令和3年電気学会全国大会
• [Presentation] 自動車駆動用デュアルモードリラクタンスモータの提案 (2020)
  • Author(s): 清田恭平
  • Organizer: 自動車技術会2020年春季大会
• [Presentation] Proposal of a Dual-mode Reluctance Motor for Electric Vehicle Applications (2020)
  • Author(s): Kyohei Kiyota
  • Organizer: 2020 IEEE Power and Energy Society General Meeting
  • Int'l Joint Research