2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Reluctance Motors That Can Switch Motor Types
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20H02128
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
清田 恭平 東京工業大学, 工学院, 准教授 (10796519)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 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 |
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| 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，(b)と(c)について研究を進めた。
(b)について，モータ巻線をスター結線に変更することにより，巻線一相あたりのスイッチング素子数を２個に半減させつつ，スイッチトリラクタンスモータとシンクロナスリラクタンスモータの両方の動作モードを実現可能な回路の検討を行った。すなわち，巻線の片側の端子をすべての相で共通とし，巻線の巻線数を従来の半分とすることにより，従来と同様の性能を実現可能であることを明らかにした。
(c)について，昨年度検討を行っていた，シンクロナスリラクタンスモータモードにおける鉄損を低減可能な回転子形状について，スイッチトリラクタンスモータモードにおける鉄損の低減効果について確認した。その結果，同形状はスイッチトリラクタンスモータモードにおいても鉄損低減効果があることを明らかにした。
また，(a)についても検討を行った。具体的には，スイッチトリラクタンスモータモードにおけるベクトル制御方法についての検討を行った。本モードおけるベクトル制御では座標変換を行うが，その結果他のモータに存在しない回転子角度に依存する干渉項が存在し，定常時の電流制御に課題があった。そこで制御時に内部モデル原理を利用することにより干渉項の影響を低減可能とし安定した電流制御が可能であることを明らかにした。
なお，今後実機試験の実施をより円滑に行うために，富山大学に設置されていた実験装置一式を本学に移設した。
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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今年度は，実験装置一式の移設作業が発生し，本学における再セットアップに時間を要したため，実機による検証作業については計画より進捗が遅延している。ただし，今年度末までに実験装置の再セットアップ作業が完了したため，次年度以降への影響はない。
また実験による検証が進まないことを見越して，当初予定では重視していなかった，切り替え時の効率についての検討を追加で行った。結果，ベクトル制御の導入についての検証がすすみ，特にスイッチトリラクタンスモータモードにおけるベクトル制御について，電流制御方法の確立に加えて，電流成分に高調波を重畳することによりトルクリプルを低減可能であることまで明らかになった。このため，本モータの高効率化に関しては当初予定より進捗した。
総合的に見て，実験装置一式の移設作業による全体的な研究進捗状況に大きな影響は発生せず，研究は順調である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度，実験装置一式の移設作業および再セットアップが完了したため，昨年度からの課題であった実機による実証実験を中心に行う。特に，回転子形状の変更による高効率化に関して，スイッチトリラクタンスモータとして駆動させた場合においても効果があることを今年度確認できたが，解析と実機試験との間では鉄損をはじめ多くの誤差要因が想定されるため，これについて実機を製作して検証を行う必要がある。
一方で，昨年度の検討の結果，本モータを効率よく駆動させるためにはモータ制御が重要あると判明していたため，ベクトル制御を適用した際の効率についての実験検証を進める必要がある。特に今年度の検討の結果，スイッチトリラクタンスモータにおけるベクトル制御手法を見いだせたため，今年度はベクトル制御下においてモータ動作モードを円滑に切り替えるための手法について検討しつつ，本モータを効率よく駆動させるためのベクトル制御手法を検討する。
モータ種別を変更する回路の簡易化について引き続き，回路面，構造面において上記課題を解決する手法を検討する。検討した回路について，先行研究における回路も含めて，実機による検証を行う。
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