回転機制御技術を活用した電磁エネルギー変換に関する研究

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K04027
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 井上 征則 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50580148)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 電磁エネルギー変換 / 非接触給電 / 回転機制御 / パワーエレクトロニクス

Outline of Annual Research Achievements

電磁エネルギー変換として共通点を持つ電磁誘導方式による非接触給電システムとモータ駆動システムについて、電力最大化や高効率運転の制御法を研究している。初年度は「モータ駆動システムを参考にした非接触給電システムの共通点整理」として準備を含めた研究を行った。
電磁誘導方式による非接触給電システムについて、コスト増加や信頼性低下を招くセンサ類を多く設置するのではなく、最低限の情報（巻線の電圧と電流など）を用いた電力最大化や高効率運転の制御法を構築する必要がある。電力伝送コイルのパラメータ実測では、伝送コイルは三相構成であることから、単相等価回路パラメータに換算し、取り扱うパラメータを簡単化した。コイル間距離を変化させずに、周方向のコイル位置を変化させた場合の測定であり、コイル間距離の変化に対する特性測定は今後も継続して実施する。
また、実験システムの構成を決定した。送電側は三相インバータによって伝送コイルを駆動し、受電側は簡易的に三相整流器を用いた。また、送電側・受電側ともにLC直列共振回路とした。シミュレーションによる特性確認を行い、送電側インバータの直流電圧に対する電力伝送特性を取得した。方形波駆動とした場合に、伝送コイルの定格電流に対応する適切な直流電圧を確認することができた。なお、電流に対する電圧の位相を一定としたため、今後は伝送電力に適した位相特性を取得し、制御への適用を検討する必要がある。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

伝送電力に大きな影響を与えるコイル間距離の変化に関する特性が取得できておらず、すぐに実測が必要である。試作コイルの固定方法を検討ができしだい、実測を行う。実験システムの構築については、研究室所有の制御装置を流用し、電力測定装置の導入時期を早めたため、計画より進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

非接触給電システムの制御法や推定法の構築として、シミュレーションと実験結果によって得られた特性から、制御に用いるモデルを作成・決定する。過去に行ったモータの高効率制御のための数式モデルに関する研究を参考にして、非接触給電のモデル作成を進める。
非接触給電では単相コイルを１対１で使用することが多く、ベクトル制御の考え方は積極的に利用されていないが、三相巻線による構成を用いることでベクトル表現が容易であることを活用する。これまでに類似例が少ないことから検討が難しい面も多いことが予想されるが、電力変換器の制御法の適用や、座標変換等によりモータ駆動システムと非接触給電の違いを吸収できるよう工夫を加える予定である。

Causes of Carryover

研究発表や情報収集の旅費を想定していたが、Web開催がほとんどだったため旅費の執行がなかった。また、関連分野の図書や実験システム構築での消耗品は研究室のもので十分であったため未使用となった。