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省エネモータ開発のためのインバータ駆動時の実状態考慮磁界解析と実証実験

Research Project

Project/Area Number 21246046
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Power engineering/Power conversion/Electric machinery
Research InstitutionOkayama University

Principal Investigator

高橋 則雄  岡山大学, 大学院・自然科学研究科, 教授 (40108121)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 赤津 観  芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (90361740)
後藤 雄治  大分大学, 工学部, 准教授 (00373184)
笹山 瑛由  岡山大学, 大学院・自然科学研究科, 助教 (60636249)
宮城 大輔  東北大学, 大学院・工学研究科, 助教 (10346413)
Project Period (FY) 2009 – 2012
Project Status Discontinued (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥36,140,000 (Direct Cost: ¥27,800,000、Indirect Cost: ¥8,340,000)
Fiscal Year 2012: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2011: ¥9,490,000 (Direct Cost: ¥7,300,000、Indirect Cost: ¥2,190,000)
Fiscal Year 2010: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000)
Fiscal Year 2009: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
Keywords電気機器 / モータ / インバータ / 圧縮応力 / 有限要素法 / リラクタンスネットワーク法 / 磁気特性 / 鉄損 / 回転磁束 / 省エネ
Research Abstract

(1)鋳鉄材の応力下磁気特性の評価と圧縮応力測定用小型電磁気センサの検討
ダクタイル鋳鉄(FCD450)などをモータのロータ部におけるヨーク材に使用する事を仮定し、圧縮応力下における電磁気特性の測定を実施した。その結果、磁気特性では圧縮応力が0~150MPaでは透磁率が約65%低下することを確認した。また導電率に関しては、圧縮応力に関係なく7.59×10^6S/m一定である事が分かった。また小型電磁気センサと測定対象物である鋳鉄材との距離(リフトオフ)の影響を受けずに、非接触で鋳鉄材表層の圧縮応力を測定できる小型電磁気センサの開発に成功した。
(2)リラクタンスネットワーク法を用いた静磁界非線形解析法の開発と高度化
無方向性珪素鋼板や一般鋼材(SS400材)の初期磁化曲線を考慮したリラクタンスネットワーク法による静磁界非線形解析法の開発を行い、有限要素法の静磁界非線形解析との解析比較を行った。その結果、両者は最大で2%誤差以内で解析できた。さらに計算速度は、リラクタンスネットワーク法は有限要素法より約45%向上する結果が得られた。
(3)磁気ひずみとモータ特性の関係の検討
応力下の単板試料の面内方向、積層鋼板の面内方向及び厚さ方向の磁歪の測定を行った。その結果、積層試料の磁歪は単板に比べ増加し、積層鋼板の厚さ方向の磁歪は圧縮力により負の方向へ増加するという結果が得られた。
(4)新しい最適化手法を用いたモータ
有限要素法の磁界解析において、進化戦略のほか粒子群最適化手法が磁気回路の最適化に有用であることを示したほか、電磁力と製作コストの重みを選択できるような手法を考案した。
(5)実機のモータ鉄損並びにモータ制御法の検討
ブラシレスACモータとブラシレスDCモータのそれぞれにおいて、PWM制御ならびに120度通電制御を行い、それぞれ鉄損を削減できるようなモータ設計を明らかにした。また駆動条件によっては現在の高性能制御方式である正弦波PWM制御よりも120度通電方式の方が鉄損も少なくかつインバータ損失も少ないため高効率であることを示した。
さらにPWM制御時の騒音、振動についても電磁界解析結果を用いて解析し、実機にてその現象を確認、振動を低減できる電流制御方式を提案し実機実験にて確認した。

Report

(4 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • 2009 Annual Research Report
  • Research Products

    (67 results)

All 2013 2012 2011 2010 2009

All Journal Article (22 results) (of which Peer Reviewed: 19 results) Presentation (45 results)

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    • Author(s)
      M. Miyamasu, K. Akatsu
    • Journal Title

      IEEJ Journal of Industry Applications

      Volume: 2 Issue: 1 Pages: 79-86

    • DOI

      10.1541/ieejjia.2.79

    • NAID

      130003379497

    • ISSN
      2187-1094, 2187-1108
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      Volume: 132 Pages: 983-989

    • NAID

      10030327988

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      Volume: 48 Issue: 2 Pages: 179-182

    • DOI

      10.1109/tmag.2011.2175709

    • NAID

      10026581427

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      Volume: 48 Issue: 2 Pages: 243-246

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      10.1109/tmag.2012.2199471

    • NAID

      10030327970

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      M. Kawabe, T. Nomiyama, A. Shiozaki, H. Kaihara, N. Takahashi, M. Nakano
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      10.1049/cp.2011.0068

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      10030523769

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      10031019738

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      Volume: 53 Issue: 2 Pages: 279-284

    • DOI

      10.2320/matertrans.I-M2011842

    • NAID

      130004454923

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
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      10030744934

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      10030569876

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      10031142007

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    • Author(s)
      岡村脩平、笹山瑛由、高橋則雄、山上美浩
    • Organizer
      電気学会静止器・回転機合同研究会
    • Place of Presentation
      函館市民会館、函館市
    • Year and Date
      2012-09-11
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  • [Presentation] GPGPUを用いた磁界解析のための可変的前処理付CG法の高速化2012

    • Author(s)
      沖村隆行、笹山瑛由、高橋則雄、生野壮一郎
    • Organizer
      電気学会静止器・回転機合同研究会
    • Place of Presentation
      函館市民会館、函館市
    • Year and Date
      2012-09-10
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  • [Presentation] Research on Vibration Analysis and Noise-Reduction Technique of PM Motor2012

    • Author(s)
      E. Zeze, K. Akatsu
    • Organizer
      ICEM (International Conference on Electrical Machines) 2012
    • Place of Presentation
      Marseille, France
    • Year and Date
      2012-09-03
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  • [Presentation] 表面磁石形同期モータの矩形波電流駆動に関する検討2012

    • Author(s)
      宮増祐卓、赤津観
    • Organizer
      平成24年度電気学会産業応用部門大会
    • Place of Presentation
      千葉工業大学、習志野市
    • Year and Date
      2012-08-23
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  • [Presentation] 電流ヒステリシス制御を用いたPMモータのPWM起因振動低減2012

    • Author(s)
      瀬々英里、赤津観
    • Organizer
      平成24年度電気学会産業応用部門大会
    • Place of Presentation
      千葉工業大学、習志野市
    • Year and Date
      2012-08-23
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  • [Presentation] 交流磁界を用いた強磁性体鋼板の硬度検査手法の検討2012

    • Author(s)
      森元雄大、後藤雄治、高橋則雄
    • Organizer
      表面3部門合同研究集会、日本非破壊検査協会
    • Place of Presentation
      東京都城南地域中小企業振興センター、東京都
    • Year and Date
      2012-06-29
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  • [Presentation] ドリル孔のQプローブの特性に関する三次元有限要素法解析2012

    • Author(s)
      奥本諒平、渡部裕太、後藤雄治、廣島龍夫
    • Organizer
      九州支部研究発表会、日本非破壊検査協会
    • Place of Presentation
      九州機械工業振興会館、北九州市
    • Year and Date
      2012-04-13
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  • [Presentation] 2-D SSTによる回転鉄損測定精度向上のための各検出コイルの直交性の補正2012

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      増井真吾
    • Organizer
      電気学会全国大会
    • Place of Presentation
      広島工業大学、広島市
    • Year and Date
      2012-03-21
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    • Author(s)
      西本龍起
    • Organizer
      電気学会全国大会
    • Place of Presentation
      広島工業大学、広島市
    • Year and Date
      2012-03-21
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  • [Presentation] 可変的前処理付CG法を用いたGPUによる有限要素磁界解析の高速化2012

    • Author(s)
      沖村隆行
    • Organizer
      電気学会全国大会
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      広島工業大学、広島市
    • Year and Date
      2012-03-21
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  • [Presentation] 応力下での単板試料の磁歪並びに積層鋼板の長手、厚さ方向の磁歪特性2012

    • Author(s)
      芦田強
    • Organizer
      電気学会全国大会
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      広島工業大学、広島市
    • Year and Date
      2012-03-21
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  • [Presentation] 電圧計PWMインバータの変調度とDC電圧が無方向性電磁鋼板の鉄損に与える影響2012

    • Author(s)
      貝原浩紀
    • Organizer
      電気学会全国大会
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      広島工業大学、広島市
    • Year and Date
      2012-03-21
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  • [Presentation] 長さ方向圧縮応力下における無方向性電磁鋼板の半円状リング試料の磁気特性2012

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      三村学
    • Organizer
      電気学会全国大会
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      広島工業大学、広島市
    • Year and Date
      2012-03-21
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  • [Presentation] 回路抵抗およびキャリア周波数が単相フルブリッジPWMインバータ励磁下の無方向性電磁鋼板の鉄損に及ぼす影響2011

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      貝原浩紀
    • Organizer
      電気学会マグネティックス研究会
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      (株)ダイヘン、大阪市
    • Year and Date
      2011-11-29
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    • Author(s)
      Masataka Miyamasu
    • Organizer
      IEEE IECON (Annual Conference of IEEE Industrial Electronics Society) 2011
    • Place of Presentation
      Merboln, Australia
    • Year and Date
      2011-11-08
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  • [Presentation] PMSMの高効率駆動方法に関する研究2011

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      宮増祐卓
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      電気学会回転機研究会
    • Place of Presentation
      長崎大学、長崎市
    • Year and Date
      2011-10-27
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  • [Presentation] PMSMの高効率駆動方法に関する研究2011

    • Author(s)
      宮増祐卓
    • Organizer
      平成23年度電気学会産業応用部門大会
    • Place of Presentation
      琉球大学、沖縄県中頭郡
    • Year and Date
      2011-09-06
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  • [Presentation] GPUを用いた有限要素法磁界解析の高速化2011

    • Author(s)
      沖村隆行
    • Organizer
      電気学会静止器・回転機合同研究会
    • Place of Presentation
      新潟大学、新潟市
    • Year and Date
      2011-08-25
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  • [Presentation] 無方向性電磁鋼板の試料形状による厚さ方向圧縮応力下での磁気特性の比較2011

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      三村学
    • Organizer
      電気学会マグネティックス研究会
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      安川電機、北九州市
    • Year and Date
      2011-06-30
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      Hiroki. Kaihara
    • Organizer
      Intermag 2011
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      Taipei, Taiwan
    • Year and Date
      2011-04-29
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      小野修毅
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      平成33年電気学会全国大会
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      大阪大学、大阪市
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      2011-03-16
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  • [Presentation] Behavior of Iron Loss of Non-oriented Electrical Steel Sheet under PWM Inverter Excitation2010

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      Norio Takahashi
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      Magnetism and Magnetic Materials Conference
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      Atranta, USA
    • Year and Date
      2010-11-16
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  • [Presentation] 電気学会Dモデルをリラクタンスモータとしてインバータ駆動した際のトルク特性2010

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      小野修毅
    • Organizer
      平成22年度(第61回)電気・情報関連学会中国支部連合大会
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      岡山理科大学、岡山市
    • Year and Date
      2010-10-23
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  • [Presentation] PWMインバータ励磁時の無方向性電磁鋼板の鉄損推定法の検討2010

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      鍵本弘之
    • Organizer
      電気学会静止器・回転機合同研究会
    • Place of Presentation
      かごしま県民交流センター,鹿児島市
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      2010-09-29
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      赤津観
    • Organizer
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      2010-03-19
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      宮城大輔
    • Organizer
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      明治大学, 東京都
    • Year and Date
      2010-03-17
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      乙女大三朗
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      電気学会マグネティックス・静止器・回転機合同研究会
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      トヨタ中研、愛知県
    • Year and Date
      2010-01-29
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      Kan Akatsu
    • Organizer
      IEEE Energy Conversion Congress & Expo 2009
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      SanJose Cal. USA
    • Year and Date
      2009-09-23
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Published: 2009-04-01   Modified: 2019-07-29  

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