2018 Fiscal Year Research-status Report
デジタル直接駆動マルチコイルモータの高出力・低リップル・低振動化
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17K06314
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| Research Institution | Hosei University |
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Principal Investigator |
安田 彰 法政大学, 理工学部, 教授 (30339501)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | デジタル直接駆動法 / モータ / マルチコイル / ΔΣ変調器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，我々が提案している従来のブラシレスモータの1巻線を複数に分割したマルチコイルモータにおいて，最大出力向上，高回転化，コイルばらつきによるトルク変動低減，ロータの機械的アンバランスによる振動低減を目的とする．この実現のため以下の研究を行った．
空間ベクトル型ΔΣ変調器を用いたデジタル直接駆動法の検討を行った．我々が提案しているデジタル直接駆動法モータでは，UVWの各相のコイルを複数に分割している．また，昨年度検討したUVWの各相の分割した各相のコイルを個別に駆動する．これを組み合わせるとp相のモータで，各コイルを３つに分割した場合，3pのコイルを個別に駆動することになる．駆動するコイルの位置およびコイル数を正確に決定するため，ループフィルタ（積分器）をΔΣ変調器のように配置した．さらに，選択可能な複数のコイルを，各コイルの使用の有無を複数回積分するループフィルタに入力し，その出力が小さい順に選択する方法を検討した．シミュレーションにより，この方法でコイルの位置，数を自動的に選択でき，その際に生じる量子化雑音に対して，ノイズシェーピングを実現出来ることを確認した．また，この各コイルのパラメータにミスマッチがあった場合，このミスマッチに対してもノイズシェーピングが掛かることを確認できた．
偏心による振動を低減するために，偏心によるロータの同心円方向の力と反対向きの力を発生させる必要がある．本年度は，上記の空間ベクトル型のデジタル直接駆動法を応用し，同心円方向に力を発生させるコイルの選択方法を検討した．空間ベクトルを用いることで，回転方向だけでなく同心円方向に力を発生させるコイルの選択方法が存在することを確認した．また，この方法を用いた方法をシミュレーションし，同心円方向に力が発生出来ていることを確認した．
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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
空間ベクトル型ΔΣ変調器を用いたデジタル直接駆動法に関しては，概要にも示したように，その基本原理を検討し，基本構成法を提案した．また，この基本特性をシミュレーションにより確認している．提案した方法では，回転トルクを変化させず，同心円方向の力も発生させることができるコイルの選択方法を考案している．
しかし，前年度高次のループフィルタを用いた際に，ループが不安定になる問題点があることが判明した．この点に関して，30年度では解決方法を検討した．ループフィルタを安定化する手法として，ループフィルタの出力を監視し，動的にフィルタ係数を切り替える方法を提案した．この手法により，高次のループフィルタを用いた場合においても，安定化が可能であることをシミュレーションにより確認した．
ロータ軸の偏心などによる回転軸振動を低減させるためには，回転軸の振動を検出する必要がある．本研究では，回転軸の振動を，MEMSセンサを用いることで検出可能であることをシミュレーションおよび実験により確認している．この情報をもとに上述した同心円方向への力の発生方法を制御することで軸振動の低減が可能であると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
30年度に提案した同心円方向に力を発生させる手法をFPGAを用いて実装し，実モータを駆動し，その特性を実測する．まず，実際にモータを駆動して，同心円方向に力が生じることを確認する．また，その際には，30年度に試作した振動検出回路を基本に振動検出系を構築する．次に，軸に偏心した重りを装着し，その振動を検出する実験を行う．まずは，偏心方向をあらかじめ測定し，その情報をもとに振動を低減させる方法を検討する．次に，振動センサからの情報をもとに，振動を低減する方法を検討する．
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| Causes of Carryover |
軸振動を計測する測定系の構築を研究の進行状況に応じて次年度に見送ったため．今後，精密な振動測定に用いる予定である．
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