2022 Fiscal Year Annual Research Report
Effect of Mover Movement on Output Maximization in Dual-type Free-piston Engine Generator
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20K14714
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
佐藤 光秀 信州大学, 学術研究院工学系, 助教 (80793968)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | リニア発電機 / フリーピストンエンジン / 発電制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
フリーピストンリニア発電機(FPEG：Free-Piston Engine Generator)は往復運動式のフリーピストンエンジンとリニア発電機で構成されたエンジン発電機である。エンジンの燃焼力によってピストンに直結されたリニア発電機の可動子が往復運動することで発電を行う。FPEGはクランク機構を利用せずに発電を行えるため，従来のエンジン発電機とくらべ40%以上の摩擦損失を低減することが可能であることが報告されている。また，クランク機構によるピストン運動への制約がないことに加え，インバータを利用した発電制御を行うことでピストン運動履歴を変更することが可能となる。一方，FPEGのピストンは機械的な制約がないため連続した燃焼変動が起きやすく，安定した燃焼力を得ることが困難である。従来の位置制御適用時に燃焼変動が起こると，安定した動作を維持するためにリニア発電機をリニアモータとして動作させる力行が生じる。運転中に力行が生じると発電効率が大幅に低下するため，FPEGは回生のみで連続運転することが望ましい。
本研究では，連続した燃焼変動時に回生運転を継続可能とするピストン運動制御法について解析および実験を通して検証を行った。デュアルシリンダFPEGへの断続的速度制御の適用により，連続した燃焼変動時に回生運転を継続可能となることを確認した。また，断続的速度制御の制御パラメータである制御動作範囲の割合，目標速度の振幅および制御ゲインを適切に設定することで発電効率の向上および安定した運転の継続が実現できることを明らかにした。
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