2011 Fiscal Year Annual Research Report
超多極永久磁石リラクタンスジェネレータの開発と小型風力・小水力発電への応用
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22686028
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
中村 健二 東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (70323061)
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| Keywords | 永久磁石リラクタンスジェネレータ / 小型風力発電 / 小水力発電 |
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| Research Abstract |
平成23年度においては、超多極永久磁石リラクタンスジェネレータ(PMRG)の解析・設計と、昨年度の検討で新たに考案した補助巻線と永久磁石の両方を固定子ヨークに有するPMRGの2種類のPMRGについて、それぞれ検討を行った。
1.超多極PMRGの解析・設計について
小型風力発電への適用を目指し、ダイレクトドライブが可能な固定子96極、回転子64極の超多極PMRGの解析・設計を行った。設計した発電機の直径は600mm、軸長は52mmであり、定格出力は1kW(100rpm)である。また、PMRGは両突極構造を有するため、一般にトルクリプルが大きいことが知られているが、これまでの検討により、同一形状の2つのPMRGを空間的な位相をずらして軸方向に積み重ねる、いわゆる段積み構成とし、さらに回転子極先端を適切に切り欠くことで、トルクリプルを大幅に低減できることを明らかにしている。ただし、回転子極先端を切り欠く形状については、その自由度が高く、最適な形状を見つけることは必ずしも容易では無かった。そこで今年度は、有限要素法(FEM)と汎用の最適化プログラムを組み合わせることで効率的に形状を見つけ出す手法を構築した。その結果、トルクリプルの大きさを表すリプル率は15%以下まで低減することができた。
2.補助巻線と永久磁石の両方を有するPMRGについて
昨年度試作した補助巻線と永久磁石の両方を有するPMRGについて、シミュレーションおよび実験の両面から特性の検討を行った。その結果、補助巻線の電流を調整することで、出力電力を任意に調整できることが明らかになった。また、通常のPMRGでは高効率なモータ動作はできないことが指摘されていたが、新たに考案した補助巻線と永久磁石の両方を有するPMRGについては、高効率なモータ動作に加えて、補助巻線電流を流すことでトルクが向上することも明らかになった。
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