| Project/Area Number |
20K14717
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
Koyama Masato 三重大学, 工学研究科, 助教 (50804473)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | スパイラルモータ / 波力発電 / 最大電力点追従制御 / 機械アドミタンス制御 / 機械インピーダンス制御 / 2入力2出力系最適制御 / 省電力磁気浮上系 / 最適力制御系 / 外力推定 / 電気機器工学 / 電力回生 / アクチュエータ / 制御工学 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は独自開発してきた従来のリニアモータ（直動形同期電動機）より約２倍から10 倍程度近い推力密度を有し、かつ省電力磁気浮上による低摩擦損失を実現する本モータを用いた波力発電システムの開発に関する研究であり、下記事項の実現を目的とする。
(1) 駆動装置を含めたスパイラルモータの回生特性を数学モデルなどから導出し、波力エネルギーを効率よく吸収するための条件を明らかとする。
(2) （１）より、発電量最大化制御と省電力磁気浮上制御を同時実現する制御システムを開発、従来と同等以上の発電性能を実現する。
(3) 推力密度を大幅に向上させた最新試作機を作成、(1)(2)より更に高効率な発電を実証する。
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| Outline of Final Research Achievements |
This study proposed applying the helical motor which has high thrust density to wave power generation as the generator. By the mathematical model, it derived the power generation characteristic and the control method maximizing the generation efficiency. Although this motor needs magnetic levitation control continuously, we achieved the high efficient power generation by applying the virtual admittance control with designing the apparent mechanical characteristic properly. By optimizing the derived power generation efficiency by designing the parameters of the admittance model, it achieved the efficiency maximization. Furthermore, it improved the motion control performance and re-designed the motor structure for increasing the thrust density. As a result, we achieved the high efficient generation around 90% with the expected ocean wave frequency from 0.1 to 1.0Hz on the numerical simulation emulating the experiment.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
高推力密度を有するスパイラルモータを波力発電に適用、数理モデルから発電効率を最大化する制御系の設計法を明らかにした。本モータは常時磁気浮上のための電力を必要とするが、従来の発電制御では発電動作のみを考慮していたため、本研究は本モータ発電特性だけでなく力行動作も同時に考慮可能な手法を明らかにした。また効率最大化が可能な制御系設計法、構造再設計による推力密度向上により効率を更に改善できると明らかにした。日本近海での波力周波数0.1Hz～1.0Hzにおいて同程度の定格推力密度を有する一般的なモータでは60%前後だが、本研究成果では実機模擬シミュレーションにおいて90%の効率を保持できると示した。
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