2017 Fiscal Year Annual Research Report
クローポール型半波整流可変界磁モータの高トルク・高出力・高効率化
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16H04319
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
阿部 貴志 長崎大学, 工学研究科, 教授 (30222649)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
樋口 剛 長崎大学, 工学研究科, 教授 (50156577)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 可変界磁モータ / 半波整流可変界磁 / ダイオード整流方式 / クローポール回転子 / 最大トルク制御 / 高効率制御 / 広範囲定出力制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，研究代表者が提案するクローポール型半波整流可変界磁モータに対して，構造面と制御面の双方から，高トルク，高出力，高効率化を実現することにあり，初年次において試作した新型モータを用いて，本年度は以下の研究を実施した。
1. 最大トルク制御法の検証：初年次に実施する予定であった本検証を新型モータに対して実施し，励磁電流を変更し回転子に発生する界磁磁束を可変することで，特定の速度と負荷において高トルクを得る励磁電流制御手法の指針を得た。
2. 空間高調波トルク併用型モータの試作：初年次の試作モータの特性試験の結果より，本モータの特長である半波整流可変界磁法によるトルク以外に，固定子の形状による空間高調波によるトルクと思われる現象を実験により確認した。特に励磁電流を小さくした際に，ダイオードのオン・オフのタイミングに変化が現れ，トルク向上への関与は未確認であるが，界磁磁束を保つために流れる界磁電流の増加を確認している。その成果を用いて，空間高調波トルクを併用するモータの最適設計を検討したが，鉄塊で構成されるクローポール型回転子の電磁界解析では，解析時間が非常に大きくなり，パラメトリックに最適形状を検討することが不可能であった。そこで，空間高調波トルクの併用を確認することを目的として，積層鋼板を用いた突極型の回転子を持つ新たな半波整流可変界磁モータを設計・試作した。
3. 定出力領域の拡大と高効率制御法の確立：初年次の試作モータを用いて，様々な速度と負荷状態において，励磁電流の三角波の実効値を変化させ，効率を低下させることなく定出力領域を拡大する制御法を検討した。その結果，広い速度範囲で高効率点を維持可能な励磁電流実効値とトルク電流実効値の組み合わせがあることを実証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1. 最大トルク制御法の検証：昨年の研究計画課題ではあるが，初年次に設計したモータに対して検討を実施しており，特定の速度とトルク条件において，効率を大きく下げることなく，高いトルクを得る励磁電流制御法の知見を得た。
2. 空間高調波トルク併用型モータの試作：初年次の試作モータにおいて，空間高調波の影響と見られるダイオードのオン・オフのタイミング変化を確認した。ただし，この成果を用いた鉄塊クローポール型回転子モータの最適結果は実現できず，積層鉄心の突極型モータを設計・試作した。これは空間高調波トルクの併用の可能性を探る本課題の進捗状況としては不十分であるが，新たな試作機にて検証することで，本課題の進捗は加速すると考える。
3. 定出力領域の拡大と高効率制御法の確立：励磁電流とトルク電流の実効値の比を適切に制御することで，広い速度範囲で高効率点を維持可能であることを実証した。また，三角波の実効値だけでなく，その周波数による影響を実験により検証したが，250Hz～1kHzの範囲では大きな特性向上は得られなかった。これは今後の課題としたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は，本年度に残った課題の解決と当初予定の課題について検討を進める。
1. 積層鉄心を用いた突極型回転子モータの特性試験：昨年度に試作した突極型回転子モータに対して，昨年からの課題である，空間高調波によるトルク向上検討，励磁電流の三角波周波数の検討を実施する。
2. リラクタンストルク併用型モータの試作：半波整流可変界磁トルクに，リラクタンストルクの併用を検討する。dq軸インダクタンス比を解析パラメータとして，併用するために最適な形状を検討し，特性評価連成シミュレーションにてリラクタンストルクの併用効果を確認後，設計・試作を実施する。
3. 自動車用途に特化したモータ設計と制御法検討：自動車用途で必要となる各運転領域において，本課題にて検討した最大トルク制御や高効率制御，定出力領域拡大制御などを駆使して，最適な制御手法を検討する。具体的には，低速・高トルク域では最大トルク制御とリラクタンストルク併用を主に，低～中トルク域ではバイアス周波数を可変とする高効率制御を主に，高速・低トルク域では定出力・高効率制御と空間高調波トルク併用を主に考える。また，トルク脈動低減制御法や燃費シミュレーションによる評価も検証する。
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